KR102718858B1 - Transmitter and receiver for low power input/output and memory system including the same - Google Patents
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Abstract
송신기는 멀티플렉서, 제어 로직 및 전압 모드 드라이버(voltage mode driver)를 포함한다. 멀티플렉서는 병렬로 입력되고 서로 다른 2개의 전압 레벨들을 가지는 바이너리(binary) 방식의 복수의 입력 데이터 신호들 및 다위상 클럭 신호들에 기초하여 복수의 타임 인터리브(time-interleaved) 데이터 신호들을 생성한다. 제어 로직은 복수의 타임 인터리브 데이터 신호들에 기초하여 적어도 하나의 풀다운 제어 신호 및 일시적으로 부스트된 전압 레벨을 가지는 복수의 풀업 제어 신호들을 생성한다. 전압 모드 드라이버는 적어도 하나의 풀다운 제어 신호 및 복수의 풀업 제어 신호들에 기초하여, 서로 다른 3개의 전압 레벨들을 가지는 듀오바이너리(duobinary) 방식의 출력 데이터 신호를 생성한다.The transmitter includes a multiplexer, control logic, and a voltage mode driver. The multiplexer generates a plurality of time-interleaved data signals based on a plurality of input data signals in a binary manner that are input in parallel and have two different voltage levels and multi-phase clock signals. The control logic generates at least one pull-down control signal and a plurality of pull-up control signals having a temporarily boosted voltage level based on the plurality of time-interleaved data signals. The voltage mode driver generates a duobinary output data signal having three different voltage levels based on the at least one pull-down control signal and the plurality of pull-up control signals.
Description
본 발명은 반도체 집적 회로에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 저전력 입출력을 위한 송신기 및 수신기와, 상기 송신기 및 상기 수신기를 포함하는 메모리 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a semiconductor integrated circuit, and more particularly, to a transmitter and receiver for low power input/output, and a memory system including the transmitter and the receiver.
최근에는 인공 지능(Artificial Intelligence; AI) 및 그래픽 처리 장치(Graphic Processing Unit; GPU)와 같은 고성능 컴퓨팅(High Performance Computing; HPC)을 위한 메모리 대역폭에 대한 요구가 높아지고 있다. 대역폭의 확대는 프로세스 기술의 혁신에 의존할 수 있으며, 프로세스 기술의 발전은 집적 회로(Integrated Circuit; IC)에서 더 높은 밀도를 만들어 냈다. 3차원 집적 방식(3D integration)은 IC의 밀도를 지속적으로 확대할 수 있는 가능성을 제공하므로 관심이 증가하고 있으며, 관통 실리콘 비아(Through Silicon Via; TSV)를 이용한 고 대역폭 메모리(High Bandwidth Memory; HBM)가 연구되고 있다.Recently, there has been an increasing demand for memory bandwidth for high performance computing (HPC), such as artificial intelligence (AI) and graphic processing units (GPUs). The expansion of bandwidth can depend on innovation in process technology, and the advancement of process technology has created higher densities in integrated circuits (ICs). 3D integration is receiving increasing attention as it offers the possibility of continuously increasing the density of ICs, and high bandwidth memory (HBM) using through silicon vias (TSVs) is being studied.
다수의 관통 실리콘 비아들을 채널로 활용하는 경우에, 한 채널에서 일어나는 신호의 천이가 관통 실리콘 비아의 물질적인 특성에 따라 발생되는 기생 캐패시턴스에 의해 잡음(noise)으로써 인접한 채널로 전달 또는 수신될 수 있다. 전달된 잡음에 의하여 데이터(data)의 지연이 발생하거나 지터(jitter)가 추가되어 수신기에서의 수신 성능이 저하되는 등의 문제가 발생하였다.When utilizing multiple through-silicon vias as channels, signal transitions occurring in one channel may be transmitted or received as noise to an adjacent channel due to parasitic capacitance generated according to the material characteristics of the through-silicon via. Problems such as data delay or jitter added due to the transmitted noise, resulting in deterioration of reception performance in the receiver, etc., may occur.
본 발명의 일 목적은 저전력 입출력을 위해 타임 인터리브(time-interleaved) 방식을 이용하여 듀오바이너리(duobinary) 방식의 데이터 신호를 생성하는 송신기를 제공하는 것이다.One object of the present invention is to provide a transmitter that generates a duobinary data signal using a time-interleaved method for low-power input/output.
본 발명의 다른 목적은 듀오바이너리 방식의 데이터 신호를 효과적으로 수신하는 수신기를 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a receiver that effectively receives a data signal in duobinary mode.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 송신기 및 상기 수신기를 포함하는 메모리 시스템을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a memory system including the transmitter and the receiver.
상기 일 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 송신기는 멀티플렉서, 제어 로직 및 전압 모드 드라이버(voltage mode driver)를 포함한다. 상기 멀티플렉서는 병렬로 입력되고 서로 다른 2개의 전압 레벨들을 가지는 바이너리(binary) 방식의 복수의 입력 데이터 신호들 및 다위상 클럭 신호들에 기초하여 복수의 타임 인터리브(time-interleaved) 데이터 신호들을 생성한다. 상기 제어 로직은 상기 복수의 타임 인터리브 데이터 신호들에 기초하여 적어도 하나의 풀다운 제어 신호 및 일시적으로 부스트된 전압 레벨을 가지는 복수의 풀업 제어 신호들을 생성한다. 상기 전압 모드 드라이버는 상기 적어도 하나의 풀다운 제어 신호 및 상기 복수의 풀업 제어 신호들에 기초하여, 서로 다른 3개의 전압 레벨들을 가지는 듀오바이너리(duobinary) 방식의 출력 데이터 신호를 생성한다.To achieve the above object, a transmitter according to embodiments of the present invention includes a multiplexer, control logic, and a voltage mode driver. The multiplexer generates a plurality of time-interleaved data signals based on a plurality of binary input data signals and multi-phase clock signals that are input in parallel and have two different voltage levels. The control logic generates at least one pull-down control signal and a plurality of pull-up control signals having a temporarily boosted voltage level based on the plurality of time-interleaved data signals. The voltage mode driver generates a duobinary output data signal having three different voltage levels based on the at least one pull-down control signal and the plurality of pull-up control signals.
상기 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 수신기는 제1 플립플롭 및 제2 플립플롭을 포함한다. 상기 제1 플립플롭은 서로 다른 3개의 전압 레벨들을 가지는 듀오바이너리(duobinary) 방식의 입력 데이터 신호를 수신하고, 상기 입력 데이터 신호, 제1 클럭 신호, 제1 기준 전압 및 제1 선택 신호에 기초하여 서로 다른 2개의 전압 레벨들을 가지는 바이너리(binary) 방식의 제1 출력 데이터 신호를 생성한다. 상기 제2 플립플롭은 상기 입력 데이터 신호를 수신하고, 상기 입력 데이터 신호, 상기 제1 클럭 신호와 다른 제2 클럭 신호, 상기 제1 기준 전압 및 제2 선택 신호에 기초하여 상기 바이너리 방식의 제2 출력 데이터 신호를 생성한다. 상기 제2 출력 데이터 신호가 상기 제1 선택 신호로서 제공되고, 상기 제1 출력 데이터 신호가 상기 제2 선택 신호로서 제공된다. 상기 제1 플립플롭은 상기 제1 기준 전압 및 상기 제1 선택 신호에 기초하여 상기 제1 기준 전압과 다른 제2 기준 전압을 형성한다.In order to achieve the above other objects, a receiver according to embodiments of the present invention includes a first flip-flop and a second flip-flop. The first flip-flop receives a duobinary input data signal having three different voltage levels, and generates a binary first output data signal having two different voltage levels based on the input data signal, a first clock signal, a first reference voltage, and a first selection signal. The second flip-flop receives the input data signal, and generates a binary second output data signal based on the input data signal, a second clock signal different from the first clock signal, the first reference voltage, and a second selection signal. The second output data signal is provided as the first selection signal, and the first output data signal is provided as the second selection signal. The first flip-flop forms a second reference voltage different from the first reference voltage based on the first reference voltage and the first selection signal.
상기 또 다른 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시예들에 따른 메모리 시스템은 송신기, 채널 및 수신기를 포함한다. 상기 송신기는 메모리 장치에 저장하고자 하는 기입 데이터 또는 상기 메모리 장치로부터 독출된 독출 데이터를 출력한다. 상기 채널은 상기 기입 데이터 또는 상기 독출 데이터를 전송한다. 상기 수신기는 상기 기입 데이터 또는 상기 독출 데이터를 수신한다. 상기 송신기는 멀티플렉서, 제어 로직 및 전압 모드 드라이버(voltage mode driver)를 포함한다. 상기 멀티플렉서는 병렬로 입력되고 서로 다른 2개의 전압 레벨들을 가지는 바이너리(binary) 방식의 복수의 입력 데이터 신호들 및 다위상 클럭 신호들에 기초하여 복수의 타임 인터리브(time-interleaved) 데이터 신호들을 생성한다. 상기 제어 로직은 상기 복수의 타임 인터리브 데이터 신호들에 기초하여 적어도 하나의 풀다운 제어 신호 및 일시적으로 부스트된 전압 레벨을 가지는 복수의 풀업 제어 신호들을 생성한다. 상기 전압 모드 드라이버는 상기 적어도 하나의 풀다운 제어 신호 및 상기 복수의 풀업 제어 신호들에 기초하여, 서로 다른 3개의 전압 레벨들을 가지는 듀오바이너리(duobinary) 방식의 출력 데이터 신호를 생성한다. 상기 수신기는 제1 플립플롭 및 제2 플립플롭을 포함한다. 상기 제1 플립플롭은 상기 출력 데이터 신호를 수신하고, 상기 출력 데이터 신호, 제1 클럭 신호, 제1 기준 전압 및 제1 선택 신호에 기초하여 상기 바이너리 방식의 제1 데이터 신호를 생성한다. 상기 제2 플립플롭은 상기 출력 데이터 신호를 수신하고, 상기 출력 데이터 신호, 상기 제1 클럭 신호와 다른 제2 클럭 신호, 상기 제1 기준 전압 및 제2 선택 신호에 기초하여 상기 바이너리 방식의 제2 데이터 신호를 생성한다. 상기 제2 데이터 신호가 상기 제1 선택 신호로서 제공되고, 상기 제1 데이터 신호가 상기 제2 선택 신호로서 제공된다. 상기 제1 플립플롭은 상기 제1 기준 전압 및 상기 제1 선택 신호에 기초하여 상기 제1 기준 전압과 다른 제2 기준 전압을 형성한다. 상기 복수의 입력 데이터 신호들, 상기 출력 데이터 신호 및 상기 제1 및 제2 데이터 신호들은 상기 기입 데이터 또는 상기 독출 데이터에 대응한다.In order to achieve the above further object, a memory system according to embodiments of the present invention includes a transmitter, a channel, and a receiver. The transmitter outputs write data to be stored in a memory device or read data read from the memory device. The channel transmits the write data or the read data. The receiver receives the write data or the read data. The transmitter includes a multiplexer, control logic, and a voltage mode driver. The multiplexer generates a plurality of time-interleaved data signals based on a plurality of input data signals in a binary manner that are input in parallel and have two different voltage levels and multi-phase clock signals. The control logic generates at least one pull-down control signal and a plurality of pull-up control signals having a temporarily boosted voltage level based on the plurality of time-interleaved data signals. The voltage mode driver generates a duobinary mode output data signal having three different voltage levels based on the at least one pull-down control signal and the plurality of pull-up control signals. The receiver includes a first flip-flop and a second flip-flop. The first flip-flop receives the output data signal and generates the first data signal in binary format based on the output data signal, the first clock signal, the first reference voltage, and the first selection signal. The second flip-flop receives the output data signal and generates the second data signal in binary format based on the output data signal, a second clock signal different from the first clock signal, the first reference voltage, and the second selection signal. The second data signal is provided as the first selection signal, and the first data signal is provided as the second selection signal. The first flip-flop forms a second reference voltage different from the first reference voltage based on the first reference voltage and the first selection signal. The plurality of input data signals, the output data signal, and the first and second data signals correspond to the write data or the read data.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 송신기 및 수신기는 저전력 입출력을 위한 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 송신기는 타임 인터리브 방식을 이용하여 듀오바이너리 방식의 출력 데이터 신호를 생성하도록 구현되며, 정적 전력 소모가 없는 구조, 높은 속도에서의 동작 보장 및 전력 효율을 증가시키기 위한 구조를 가질 수 있다. 또한, 수신기는 듀오바이너리 방식의 입력 데이터 신호를 센싱하기 위한 기준 전압의 개수를 줄여 복잡도가 감소되도록 구현되며, 입력 오프셋을 개선하기 위한 구조 및 출력 지연 변화를 감소시키기 위한 구조를 가질 수 있다.The transmitter and receiver according to the embodiments of the present invention as described above may have a structure for low-power input/output. Specifically, the transmitter is implemented to generate a duobinary-type output data signal using a time interleaved method, and may have a structure for no static power consumption, guaranteeing operation at high speed, and increasing power efficiency. In addition, the receiver is implemented to reduce complexity by reducing the number of reference voltages for sensing the duobinary-type input data signal, and may have a structure for improving input offset and a structure for reducing output delay variation.
상기와 같은 본 발명의 실시예들에 따른 송신기 및 수신기를 포함하는 메모리 시스템은, 향상된 신호 특성을 가질 수 있다.A memory system including a transmitter and a receiver according to embodiments of the present invention as described above can have improved signal characteristics.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 송신기 및 수신기를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 송신기를 나타내는 블록도이다.
도 3은 도 2의 송신기의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 4a, 4b, 4c, 4d 및 4e는 도 3의 송신기에서 입력 및 출력되는 신호들의 예를 나타내는 도면들이다.
도 5는 도 3의 송신기에 포함되는 제1 부스팅 회로의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 6은 도 5의 제1 부스팅 회로에서 입력 및 출력되는 신호들의 예를 나타내는 도면이다.
도 7a, 7b, 7c 및 7d는 도 3의 송신기의 성능을 나타내는 도면들이다.
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 수신기를 나타내는 블록도이다.
도 9는 도 8의 수신기에 포함되는 제1 플립플롭의 일 예를 나타내는 회로도이다.
도 10a 및 10b는 도 9의 제1 플립플롭에서 입력 및 출력되는 신호들의 예를 나타내는 도면들이다.
도 11a 및 11b는 도 8 및 9의 수신기의 성능을 나타내는 도면들이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 메모리 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 13은 도 12의 메모리 시스템의 예를 나타내는 블록도이다.
도 14a 및 14b는 도 12 및 13의 메모리 시스템을 포함하는 반도체 패키지를 나타내는 단면도들이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating a transmitter and a receiver according to embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a transmitter according to embodiments of the present invention.
Fig. 3 is a circuit diagram showing an example of the transmitter of Fig. 2.
FIGS. 4a, 4b, 4c, 4d, and 4e are diagrams showing examples of signals input and output from the transmitter of FIG. 3.
FIG. 5 is a circuit diagram showing an example of a first boosting circuit included in the transmitter of FIG. 3.
FIG. 6 is a diagram showing examples of signals input and output from the first boosting circuit of FIG. 5.
Figures 7a, 7b, 7c and 7d are drawings showing the performance of the transmitter of Figure 3.
FIG. 8 is a block diagram illustrating a receiver according to embodiments of the present invention.
FIG. 9 is a circuit diagram showing an example of a first flip-flop included in the receiver of FIG. 8.
FIGS. 10A and 10B are diagrams showing examples of signals input and output from the first flip-flop of FIG. 9.
Figures 11a and 11b are drawings showing the performance of the receiver of Figures 8 and 9.
FIG. 12 is a block diagram illustrating a memory system according to embodiments of the present invention.
Figure 13 is a block diagram showing an example of the memory system of Figure 12.
FIGS. 14a and 14b are cross-sectional views showing a semiconductor package including the memory system of FIGS. 12 and 13.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.Hereinafter, with reference to the attached drawings, a preferred embodiment of the present invention will be described in more detail. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions of the same components are omitted.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 송신기 및 수신기를 나타내는 블록도이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating a transmitter and a receiver according to embodiments of the present invention.
도 1을 참조하면, 송신기(TX)(10) 및 수신기(RX)(20)는 채널(30)을 통하여 서로 연결된다. 예를 들어, 도 14a 및 14b를 참조하여 후술하는 것처럼, 채널(30)은 적어도 하나의 관통 실리콘 비아(Through Silicon Via; TSV)를 포함할 수 있다.Referring to FIG. 1, a transmitter (TX) (10) and a receiver (RX) (20) are connected to each other through a channel (30). For example, as described below with reference to FIGS. 14a and 14b, the channel (30) may include at least one through silicon via (TSV).
송신기(10)는 바이너리(binary) 방식의 입력 데이터 신호(TX_IN)에 기초하여 듀오바이너리(duobinary) 방식의 출력 데이터 신호(TX_OUT)를 생성한다. 출력 데이터 신호(TX_OUT)는 채널(30)을 통하여 수신기(20)로 전송된다. 수신기(20)는 상기 듀오바이너리 방식의 입력 데이터 신호(RX_IN)에 기초하여 상기 바이너리 방식의 출력 데이터 신호(RX_OUT)를 생성한다.The transmitter (10) generates a duobinary-type output data signal (TX_OUT) based on a binary-type input data signal (TX_IN). The output data signal (TX_OUT) is transmitted to the receiver (20) through a channel (30). The receiver (20) generates a binary-type output data signal (RX_OUT) based on the duobinary-type input data signal (RX_IN).
상기 듀오바이너리 방식은 출력 데이터 신호(TX_OUT)가 서로 다른 3개의 전압 레벨들을 가지도록 구현되는 방식이며, 이 때 상기 듀오바이너리 방식의 출력 데이터 신호(TX_OUT)에 포함되는 1개의 값(또는 데이터)은 입력 데이터 신호(TX_IN)에 포함되는 인접한 2개의 값(또는 비트)의 합(예를 들어, 이전 값과 현재 값의 합)을 나타낼 수 있다.The above duobinary method is a method implemented so that the output data signal (TX_OUT) has three different voltage levels, and at this time, one value (or data) included in the output data signal (TX_OUT) of the duobinary method can represent the sum of two adjacent values (or bits) included in the input data signal (TX_IN) (for example, the sum of the previous value and the current value).
예를 들어, 출력 데이터 신호(TX_OUT)의 상기 3개의 전압 레벨들은 제1 전압 레벨(VL1), 제1 전압 레벨(VL1)보다 높은 제2 전압 레벨(VL2) 및 제2 전압 레벨(VL2)보다 높은 제3 전압 레벨(VL3)을 포함할 수 있다. 제1 전압 레벨(VL1), 제2 전압 레벨(VL2) 및 제3 전압 레벨(VL3)을 각각 로우(low) 레벨, 미들(middle 또는 mid) 레벨 및 하이(high) 레벨이라 부를 수 있다. 예를 들어, 제1 전압 레벨(VL1)은 약 0V이고, 제2 전압 레벨(VL2)은 약 0.3V이며, 제3 전압 레벨(VL3)은 약 0.6V일 수 있다.For example, the three voltage levels of the output data signal (TX_OUT) may include a first voltage level (VL1), a second voltage level (VL2) higher than the first voltage level (VL1), and a third voltage level (VL3) higher than the second voltage level (VL2). The first voltage level (VL1), the second voltage level (VL2), and the third voltage level (VL3) may be referred to as a low level, a middle (middle or mid) level, and a high level, respectively. For example, the first voltage level (VL1) may be about 0 V, the second voltage level (VL2) may be about 0.3 V, and the third voltage level (VL3) may be about 0.6 V.
상기 바이너리 방식은 출력 데이터 신호(RX_OUT)가 서로 다른 2개의 전압 레벨들을 가지도록 구현되는 방식이며, 이 때 상기 바이너리 방식의 출력 데이터 신호(RX_OUT)에 포함되는 1개의 값(또는 데이터)은 입력 데이터 신호(TX_IN)에 포함되는 1개의 값(또는 비트)을 나타낼 수 있다.The above binary method is a method implemented so that the output data signal (RX_OUT) has two different voltage levels, and at this time, one value (or data) included in the output data signal (RX_OUT) of the binary method can represent one value (or bit) included in the input data signal (TX_IN).
예를 들어, 출력 데이터 신호(RX_OUT)의 상기 2개의 전압 레벨들은 제1 전압 레벨(VL1) 및 제1 전압 레벨(VL1)보다 높은 제4 전압 레벨(VL4)을 포함할 수 있다. 제1 전압 레벨(VL1) 및 제4 전압 레벨(VL4)을 각각 로우 레벨 및 하이 레벨이라 부를 수 있다. 예를 들어, 제4 전압 레벨(VL4)은 제3 전압 레벨(VL3)보다 높으며, 약 1.2V일 수 있다. 다시 말하면, 출력 데이터 신호(RX_OUT)의 스윙 폭은 출력 데이터 신호(TX_OUT)의 스윙 폭보다 클 수 있다.For example, the two voltage levels of the output data signal (RX_OUT) may include a first voltage level (VL1) and a fourth voltage level (VL4) higher than the first voltage level (VL1). The first voltage level (VL1) and the fourth voltage level (VL4) may be referred to as a low level and a high level, respectively. For example, the fourth voltage level (VL4) is higher than the third voltage level (VL3) and may be about 1.2 V. In other words, the swing width of the output data signal (RX_OUT) may be larger than the swing width of the output data signal (TX_OUT).
한편, 상기 바이너리 방식의 입력 데이터 신호(TX_IN) 또한 서로 다른 2개의 전압 레벨들을 가질 수 있다. 예를 들어, 상세하게 도시하지는 않았으나, 입력 데이터 신호(TX_IN)의 로우 레벨은 제1 전압 레벨(VL1)과 동일하고, 하이 레벨은 제3 전압 레벨(VL3)과 동일할 수 있다.Meanwhile, the input data signal (TX_IN) in the binary format may also have two different voltage levels. For example, although not illustrated in detail, the low level of the input data signal (TX_IN) may be identical to the first voltage level (VL1), and the high level may be identical to the third voltage level (VL3).
본 발명의 실시예들에 따른 송신기(10) 및 수신기(20)는 저전력 입출력을 위한 구조를 가질 수 있다. 구체적으로, 송신기(10)는 타임 인터리브(time-interleaved) 방식을 이용하여 상기 듀오바이너리 방식의 출력 데이터 신호(TX_OUT)를 생성하도록 구현되며, 정적 전력(static power) 소모가 없는 구조, 높은 속도에서의 동작 보장 및 전력 효율을 증가시키기 위한 구조를 가질 수 있다. 수신기(20)는 상기 듀오바이너리 방식의 입력 데이터 신호(RX_IN)를 센싱하기 위한 기준 전압의 개수를 줄여 복잡도가 감소되도록 구현되며, 입력 오프셋(input offset)을 개선하기 위한 구조 및 출력 지연 변화(output delay variation)를 감소시키기 위한 구조를 가질 수 있다. 송신기(10)의 구조 및 동작에 대해서는 도 2 내지 7을 참조하여 후술하도록 하고, 수신기(20)의 구조 및 동작에 대해서는 도 8 내지 11을 참조하여 후술하도록 한다.The transmitter (10) and the receiver (20) according to the embodiments of the present invention may have a structure for low power input/output. Specifically, the transmitter (10) is implemented to generate the output data signal (TX_OUT) of the duobinary method using a time-interleaved method, and may have a structure for no static power consumption, guaranteeing operation at high speed, and increasing power efficiency. The receiver (20) is implemented to reduce complexity by reducing the number of reference voltages for sensing the input data signal (RX_IN) of the duobinary method, and may have a structure for improving input offset and a structure for reducing output delay variation. The structure and operation of the transmitter (10) will be described later with reference to FIGS. 2 to 7, and the structure and operation of the receiver (20) will be described later with reference to FIGS. 8 to 11.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 송신기를 나타내는 블록도이다.FIG. 2 is a block diagram showing a transmitter according to embodiments of the present invention.
도 2를 참조하면, 송신기(100)는 멀티플렉서(110), 제어 로직(120) 및 전압 모드 드라이버(voltage mode driver)(130)를 포함한다.Referring to FIG. 2, the transmitter (100) includes a multiplexer (110), control logic (120), and a voltage mode driver (130).
멀티플렉서(110)는 복수의 입력 데이터 신호들(TX_IN) 및 다위상 클럭 신호들(MPCK)에 기초하여 복수의 타임 인터리브 데이터 신호들(TID)을 생성한다. 복수의 입력 데이터 신호들(TX_IN)은 병렬로 입력되며, 도 1을 참조하여 상술한 것처럼 각각 서로 다른 2개의 전압 레벨들을 가지는 바이너리 방식의 신호이다. 다위상 클럭 신호들(MPCK)은 위상이 일부 중첩하는 클럭 신호들일 수 있다. 멀티플렉서(110)는 복수의 입력 데이터 신호들(TX_IN)을 직렬화(serializing)할 수 있다.A multiplexer (110) generates a plurality of time interleaved data signals (TID) based on a plurality of input data signals (TX_IN) and multi-phase clock signals (MPCK). The plurality of input data signals (TX_IN) are input in parallel and are binary signals having two different voltage levels, as described above with reference to FIG. 1. The multi-phase clock signals (MPCK) may be clock signals whose phases partially overlap. The multiplexer (110) may serialize the plurality of input data signals (TX_IN).
예를 들어, 복수의 입력 데이터 신호들(TX_IN)의 개수와 다위상 클럭 신호들(MPCK)의 개수는 동일하며, 하나의 클럭 신호가 하나의 입력 데이터 신호에 대응할 수 있다. 또한, 2개 이상의 입력 데이터 신호들이 타임 인터리브되어 1개의 타임 인터리브 데이터 신호를 생성하며, 따라서 복수의 타임 인터리브 데이터 신호들(TID)의 개수는 복수의 입력 데이터 신호들(TX_IN)의 개수보다 적을 수 있다.For example, the number of the plurality of input data signals (TX_IN) and the number of the multi-phase clock signals (MPCK) are the same, and one clock signal can correspond to one input data signal. In addition, two or more input data signals are time-interleaved to generate one time-interleaved data signal, and therefore the number of the plurality of time-interleaved data signals (TID) can be less than the number of the plurality of input data signals (TX_IN).
제어 로직(120)은 복수의 타임 인터리브 데이터 신호들(TID)에 기초하여 적어도 하나의 풀다운 제어 신호(PDS) 및 복수의 풀업 제어 신호들(PUS)을 생성한다. 복수의 풀업 제어 신호들(PUS) 각각은 일시적으로 부스트된 전압 레벨을 가지며, 이에 따라 출력 데이터 신호(TX_OUT)의 천이(transition)를 보강하고, 높은 속도에서의 동작 보장 및 전력 효율을 증가시킬 수 있다.The control logic (120) generates at least one pull-down control signal (PDS) and a plurality of pull-up control signals (PUS) based on a plurality of time interleaved data signals (TID). Each of the plurality of pull-up control signals (PUS) has a temporarily boosted voltage level, thereby reinforcing a transition of an output data signal (TX_OUT), ensuring operation at high speed, and increasing power efficiency.
전압 모드 드라이버(130)는 적어도 하나의 풀다운 제어 신호(PDS) 및 복수의 풀업 제어 신호들(PUS)에 기초하여 출력 데이터 신호(TX_OUT)를 생성한다. 출력 데이터 신호(TX_OUT)는 도 1을 참조하여 상술한 것처럼 서로 다른 3개의 전압 레벨들을 가지는 듀오바이너리 방식의 신호이다. 예를 들어, 전압 모드 드라이버(130)는 도 3을 참조하여 후술하는 것처럼 듀얼 소스 드라이버(dual source driver)일 수 있다.The voltage mode driver (130) generates an output data signal (TX_OUT) based on at least one pull-down control signal (PDS) and a plurality of pull-up control signals (PUS). The output data signal (TX_OUT) is a duobinary signal having three different voltage levels as described above with reference to FIG. 1. For example, the voltage mode driver (130) may be a dual source driver as described below with reference to FIG. 3.
본 발명의 실시예들에 따른 송신기(100)는, 정적 전력 소모가 큰 전류 모드 드라이버(current mode 또는 current mode logic (CML) driver) 대신 정적 전력 소모가 거의 없는 전압 모드 드라이버(130)를 포함하여 구현되며, 전압 모드 드라이버(130)를 기반으로 3-레벨 신호(3-level signal)(즉, 듀오바이너리 방식의 신호)를 생성하기 위한 제어 로직(120)을 포함하여 구현될 수 있다.A transmitter (100) according to embodiments of the present invention is implemented including a voltage mode driver (130) having almost no static power consumption instead of a current mode driver (or current mode logic (CML) driver) having high static power consumption, and may be implemented including a control logic (120) for generating a 3-level signal (i.e., a duobinary signal) based on the voltage mode driver (130).
도 3은 도 2의 송신기의 일 예를 나타내는 회로도이다. 도 4a, 4b, 4c, 4d 및 4e는 도 3의 송신기에서 입력 및 출력되는 신호들의 예를 나타내는 도면들이다.Fig. 3 is a circuit diagram showing an example of the transmitter of Fig. 2. Figs. 4a, 4b, 4c, 4d, and 4e are drawings showing examples of signals input and output from the transmitter of Fig. 3.
도 3, 4a, 4b, 4c, 4d 및 4e를 참조하면, 송신기(100a)는 멀티플렉서(110a), 제어 로직(120a) 및 전압 모드 드라이버(130a)를 포함하며, 출력 단자(또는 출력 노드)(140)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 3, 4a, 4b, 4c, 4d and 4e, the transmitter (100a) includes a multiplexer (110a), control logic (120a) and a voltage mode driver (130a), and may further include an output terminal (or output node) (140).
도 3의 예에서, 도 2의 복수의 입력 데이터 신호들(TX_IN)은 병렬로 입력되는 제1 입력 데이터 신호(D0), 제2 입력 데이터 신호(D1), 제3 입력 데이터 신호(D2) 및 제4 입력 데이터 신호(D3)를 포함할 수 있다. 도 2의 다위상 클럭 신호들(MPCK)은 위상이 일부 중첩하는 제1 클럭 신호(CK1), 제2 클럭 신호(CK2), 제3 클럭 신호(CK3) 및 제4 클럭 신호(CK4)를 포함할 수 있다. 도 2의 복수의 타임 인터리브 데이터 신호들(TID)은 제1 타임 인터리브 데이터 신호(X) 및 제2 타임 인터리브 데이터 신호(Y)를 포함할 수 있다. 도 2의 적어도 하나의 풀다운 제어 신호(PDS)는 제1 풀다운 제어 신호(PD)를 포함할 수 있다. 도 2의 복수의 풀업 제어 신호들(PUS)은 제1 풀업 제어 신호(PUMID) 및 제2 풀업 제어 신호(PUHIGH)를 포함할 수 있다. 도 2의 출력 데이터 신호(TX_OUT)는 출력 데이터 신호(TOUT)에 대응할 수 있다.In the example of FIG. 3, the plurality of input data signals (TX_IN) of FIG. 2 may include a first input data signal (D0), a second input data signal (D1), a third input data signal (D2), and a fourth input data signal (D3) that are input in parallel. The multi-phase clock signals (MPCK) of FIG. 2 may include a first clock signal (CK1), a second clock signal (CK2), a third clock signal (CK3), and a fourth clock signal (CK4) whose phases partially overlap. The plurality of time interleaved data signals (TID) of FIG. 2 may include a first time interleaved data signal (X) and a second time interleaved data signal (Y). At least one pull-down control signal (PDS) of FIG. 2 may include a first pull-down control signal (PD). The plurality of pull-up control signals (PUS) of FIG. 2 may include a first pull-up control signal (PUMID) and a second pull-up control signal (PUHIGH). The output data signal (TX_OUT) of Fig. 2 can correspond to the output data signal (TOUT).
멀티플렉서(110a)는 제1 트랜지스터(MN11), 제2 트랜지스터(MN12), 제3 트랜지스터(MN13) 및 제4 트랜지스터(MN14)를 포함할 수 있다.The multiplexer (110a) may include a first transistor (MN11), a second transistor (MN12), a third transistor (MN13), and a fourth transistor (MN14).
제1 트랜지스터(MN11)는 제1 입력 데이터 신호(D0)를 수신하는 제1 입력 노드(N11) 및 제1 타임 인터리브 데이터 신호(X)를 제공하는 제1 출력 노드(N15) 사이에 연결되고, 제1 클럭 신호(CK1)가 인가되는 게이트 전극을 가질 수 있다. 제2 트랜지스터(MN12)는 제2 입력 데이터 신호(D1)를 수신하는 제2 입력 노드(N12) 및 제2 타임 인터리브 데이터 신호(Y)를 제공하는 제2 출력 노드(N16) 사이에 연결되고, 제2 클럭 신호(CK2)가 인가되는 게이트 전극을 가질 수 있다. 제3 트랜지스터(MN13)는 제3 입력 데이터 신호(D2)를 수신하는 제3 입력 노드(N13) 및 제1 출력 노드(N15) 사이에 연결되고, 제3 클럭 신호(CK3)가 인가되는 게이트 전극을 가질 수 있다. 제4 트랜지스터(MN14)는 제4 입력 데이터 신호(D3)를 수신하는 제4 입력 노드(N14) 및 제2 출력 노드(N16) 사이에 연결되고, 제4 클럭 신호(CK4)가 인가되는 게이트 전극을 가질 수 있다.A first transistor (MN11) may be connected between a first input node (N11) receiving a first input data signal (D0) and a first output node (N15) providing a first time interleaved data signal (X), and may have a gate electrode to which a first clock signal (CK1) is applied. A second transistor (MN12) may be connected between a second input node (N12) receiving a second input data signal (D1) and a second output node (N16) providing a second time interleaved data signal (Y), and may have a gate electrode to which a second clock signal (CK2) is applied. A third transistor (MN13) may be connected between a third input node (N13) receiving a third input data signal (D2) and the first output node (N15), and may have a gate electrode to which a third clock signal (CK3) is applied. A fourth transistor (MN14) is connected between a fourth input node (N14) that receives a fourth input data signal (D3) and a second output node (N16), and may have a gate electrode to which a fourth clock signal (CK4) is applied.
도 4e에 도시된 것처럼 출력 데이터 신호(TOUT)에서 하나의 값을 나타내는 시간 간격이 1 단위 구간(Unit Interval; UI)(1UI)인 경우에, 도 4a 및 4b에 도시된 것처럼 제1, 제2, 제3 및 제4 입력 데이터 신호들(D0, D1, D2, D3)이 하나의 값을 나타내는 시간 간격 및 제1, 제2, 제3 및 제4 클럭 신호들(CK1, CK2, CK3, CK4)의 주기는 4 단위 구간(4UI)에 대응할 수 있다. 예를 들어, 제1, 제2, 제3 및 제4 입력 데이터 신호들(D0, D1, D2, D3)의 제1 데이터 레이트는 약 1Gb/s이고, 제1, 제2, 제3 및 제4 클럭 신호들(CK1, CK2, CK3, CK4)의 주기는 약 0.5GHz일 수 있다. 제1, 제2, 제3 및 제4 입력 데이터 신호들(D0, D1, D2, D3)은 각각 "a", "b", "c" 및 "d"의 값을 가지며, 예를 들어 "a" 및 "b"는 각각 "0"이고 "c" 및 "d"는 각각 "1"일 수 있다.As illustrated in FIG. 4e, when the time interval at which the output data signal (TOUT) represents one value is 1 unit interval (UI) (1UI), the time intervals at which the first, second, third, and fourth input data signals (D0, D1, D2, D3) represent one value and the periods of the first, second, third, and fourth clock signals (CK1, CK2, CK3, CK4) as illustrated in FIGS. 4a and 4b may correspond to 4 unit intervals (4UI). For example, the first data rate of the first, second, third, and fourth input data signals (D0, D1, D2, D3) may be about 1 Gb/s, and the periods of the first, second, third, and fourth clock signals (CK1, CK2, CK3, CK4) may be about 0.5 GHz. The first, second, third and fourth input data signals (D0, D1, D2, D3) have values of “a”, “b”, “c” and “d”, respectively, for example, “a” and “b” may be “0” each and “c” and “d” may be “1” each.
상술한 것처럼, 멀티플렉서(110a)는 제1, 제2, 제3 및 제4 입력 데이터 신호들(D0, D1, D2, D3)을 직렬화하며, 제1, 제2, 제3 및 제4 입력 데이터 신호들(D0, D1, D2, D3)이 타임 인터리브된 제1 및 제2 타임 인터리브 데이터 신호들(X, Y)을 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 타임 인터리브 데이터 신호(X)는 제1 및 제3 입력 데이터 신호들(D0, D2)이 타임 인터리브된 신호이고, 제2 타임 인터리브 데이터 신호(Y)는 제2 및 제4 입력 데이터 신호들(D1, D3)이 타임 인터리브된 신호일 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 타임 인터리브 데이터 신호들(X, Y)의 제2 데이터 레이트는 상기 제1 데이터 레이트보다 높을 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 데이터 레이트는 상기 제1 데이터 레이트보다 약 2배 높으며, 약 2Gb/s일 수 있다.As described above, the multiplexer (110a) serializes the first, second, third and fourth input data signals (D0, D1, D2, D3) and can output first and second time-interleaved data signals (X, Y) in which the first, second, third and fourth input data signals (D0, D1, D2, D3) are time-interleaved. For example, the first time-interleaved data signal (X) may be a signal in which the first and third input data signals (D0, D2) are time-interleaved, and the second time-interleaved data signal (Y) may be a signal in which the second and fourth input data signals (D1, D3) are time-interleaved. For example, the second data rate of the first and second time-interleaved data signals (X, Y) may be higher than the first data rate. For example, the second data rate may be about twice as high as the first data rate and may be about 2 Gb/s.
구체적으로, 도 4a, 4b 및 4c에 도시된 것처럼, 시간 t1에서 제1 클럭 신호(CK1)에 기초하여 제1 입력 데이터 신호(D0)가 제1 타임 인터리브 데이터 신호(X)로 출력되고, 이에 따라 제1 타임 인터리브 데이터 신호(X)는 제1 입력 데이터 신호(D0)에 대응하는 "0"의 값을 가지며, 제2 타임 인터리브 데이터 신호(Y)는 초기값인 "0"의 값을 가질 수 있다. 시간 t2에서 제2 클럭 신호(CK2)에 기초하여 제2 입력 데이터 신호(D1)가 제2 타임 인터리브 데이터 신호(Y)로 출력되고, 이에 따라 제2 타임 인터리브 데이터 신호(Y)는 제2 입력 데이터 신호(D1)에 대응하는 "0"의 값을 가지며, 제1 타임 인터리브 데이터 신호(X)는 시간 t1에서의 값인 "0"의 값이 유지될 수 있다. 이와 유사하게, 시간 t3에서 제3 클럭 신호(CK3)에 기초하여 제3 입력 데이터 신호(D2)가 제1 타임 인터리브 데이터 신호(X)로 출력되고, 이에 따라 제1 타임 인터리브 데이터 신호(X)는 제3 입력 데이터 신호(D2)에 대응하는 "1"의 값을 가지며, 제2 타임 인터리브 데이터 신호(Y)는 "0"의 값이 유지될 수 있다. 시간 t4에서 제4 클럭 신호(CK4)에 기초하여 제4 입력 데이터 신호(D3)가 제2 타임 인터리브 데이터 신호(Y)로 출력되고, 이에 따라 제2 타임 인터리브 데이터 신호(Y)는 제4 입력 데이터 신호(D3)에 대응하는 "1"의 값을 가지며, 제1 타임 인터리브 데이터 신호(X)는 "1"의 값이 유지될 수 있다.Specifically, as illustrated in FIGS. 4a, 4b, and 4c, at time t1, the first input data signal (D0) is output as the first time-interleaved data signal (X) based on the first clock signal (CK1), and thus, the first time-interleaved data signal (X) has a value of “0” corresponding to the first input data signal (D0), and the second time-interleaved data signal (Y) can have a value of “0” which is an initial value. At time t2, the second input data signal (D1) is output as the second time-interleaved data signal (Y) based on the second clock signal (CK2), and thus, the second time-interleaved data signal (Y) has a value of “0” corresponding to the second input data signal (D1), and the first time-interleaved data signal (X) can maintain the value of “0” which is the value at time t1. Similarly, at time t3, the third input data signal (D2) is output as the first time interleaved data signal (X) based on the third clock signal (CK3), and thus, the first time interleaved data signal (X) has a value of “1” corresponding to the third input data signal (D2), and the second time interleaved data signal (Y) can be maintained at a value of “0”. At time t4, the fourth input data signal (D3) is output as the second time interleaved data signal (Y) based on the fourth clock signal (CK4), and thus, the second time interleaved data signal (Y) has a value of “1” corresponding to the fourth input data signal (D3), and the first time interleaved data signal (X) can be maintained at a value of “1”.
제어 로직(120a)은 제1 NAND 게이트(121), NOR 게이트(122), 인버터(123), 제2 NAND 게이트(124), 제1 부스팅 회로(125) 및 제2 부스팅 회로(126)를 포함할 수 있다.The control logic (120a) may include a first NAND gate (121), a NOR gate (122), an inverter (123), a second NAND gate (124), a first boosting circuit (125), and a second boosting circuit (126).
제1 NAND 게이트(121)는 제1 및 제2 타임 인터리브 데이터 신호들(X, Y)에 대한 NAND 연산을 수행할 수 있다. NOR 게이트(122)는 제1 및 제2 타임 인터리브 데이터 신호들(X, Y)에 대한 NOR 연산을 수행하여 제1 풀다운 제어 신호(PD)를 생성할 수 있다. 인버터(123)는 NOR 게이트(122)의 출력을 반전할 수 있다. 제2 NAND 게이트(124)는 제1 NAND 게이트(121)의 출력 및 인버터(123)의 출력에 대한 NAND 연산을 수행할 수 있다. 제1 부스팅 회로(125)는 제1 NAND 게이트(121)의 출력에 기초하여 일시적으로 부스트된 전압 레벨을 가지는 제1 풀업 제어 신호(PUMID)를 생성할 수 있다. 제2 부스팅 회로(126)는 제2 NAND 게이트(124)의 출력에 기초하여 일시적으로 부스트된 전압 레벨을 가지는 제2 풀업 제어 신호(PUHIGH)를 생성할 수 있다.The first NAND gate (121) can perform a NAND operation on the first and second time interleaved data signals (X, Y). The NOR gate (122) can perform a NOR operation on the first and second time interleaved data signals (X, Y) to generate a first pull-down control signal (PD). The inverter (123) can invert the output of the NOR gate (122). The second NAND gate (124) can perform a NAND operation on the output of the first NAND gate (121) and the output of the inverter (123). The first boosting circuit (125) can generate a first pull-up control signal (PUMID) having a temporarily boosted voltage level based on the output of the first NAND gate (121). The second boosting circuit (126) can generate a second pull-up control signal (PUHIGH) having a temporarily boosted voltage level based on the output of the second NAND gate (124).
제1 풀다운 제어 신호(PD)의 값 및 제1 및 제2 풀업 제어 신호들(PUMID, PUHIGH)의 값은 제1 및 제2 타임 인터리브 데이터 신호들(X, Y)의 값에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 풀다운 제어 신호(PD) 및 제1 및 제2 풀업 제어 신호들(PUMID, PUHIGH)의 제3 데이터 레이트는 상기 제2 데이터 레이트보다 높을 수 있다. 예를 들어, 상기 제3 데이터 레이트는 상기 제2 데이터 레이트보다 약 2배 높으며, 약 4Gb/s일 수 있다.The value of the first pull-down control signal (PD) and the values of the first and second pull-up control signals (PUMID, PUHIGH) can be determined according to the values of the first and second time interleaved data signals (X, Y). For example, a third data rate of the first pull-down control signal (PD) and the first and second pull-up control signals (PUMID, PUHIGH) can be higher than the second data rate. For example, the third data rate can be about twice as high as the second data rate and can be about 4 Gb/s.
구체적으로, 도 4c 및 4d에 도시된 것처럼, 시간 t1 및 t2에서 제1 및 제2 타임 인터리브 데이터 신호들(X, Y)이 각각 "0"의 값을 가지는 경우에, 제1 풀다운 제어 신호(PD)는 "1"의 값을 가지며, 제1 및 제2 풀업 제어 신호들(PUMID, PUHIGH)은 각각 "0"의 값을 가질 수 있다. 시간 t3에서 제1 타임 인터리브 데이터 신호(X)가 "1"의 값을 가지고 제2 타임 인터리브 데이터 신호(Y)가 "0"의 값을 가지는 경우에, 제1 풀업 제어 신호(PUMID)는 "1"의 값을 가지며, 제1 풀다운 제어 신호(PD) 및 제2 풀업 제어 신호(PUHIGH)는 각각 "0"의 값을 가질 수 있다. 시간 t4에서 제1 및 제2 타임 인터리브 데이터 신호들(X, Y)이 각각 "1"의 값을 가지는 경우에, 제2 풀업 제어 신호(PUHIGH)는 "1"의 값을 가지며, 제1 풀다운 제어 신호(PD) 및 제1 풀업 제어 신호(PUMID)는 각각 "0"의 값을 가질 수 있다. 시간 t3에서의 제1 풀업 제어 신호(PUMID) 및 시간 t4에서의 제2 풀업 제어 신호(PUHIGH)의 "1"의 값 앞에 표시된 별표(*)는 제1 및 제2 풀업 제어 신호들(PUMID, PUHIGH)이 각각 부스팅된 하이 레벨을 가지는 것을 나타낸다.Specifically, as illustrated in FIGS. 4c and 4d, when the first and second time-interleaved data signals (X, Y) have a value of “0” at times t1 and t2, respectively, the first pull-down control signal (PD) can have a value of “1” and the first and second pull-up control signals (PUMID, PUHIGH) can have a value of “0”, respectively. When the first time-interleaved data signal (X) has a value of “1” and the second time-interleaved data signal (Y) has a value of “0” at time t3, the first pull-up control signal (PUMID) can have a value of “1” and the first pull-down control signal (PD) and the second pull-up control signal (PUHIGH) can have a value of “0”, respectively. When the first and second time interleaved data signals (X, Y) each have a value of "1" at time t4, the second pull-up control signal (PUHIGH) can have a value of "1", and the first pull-down control signal (PD) and the first pull-up control signal (PUMID) can each have a value of "0". An asterisk (*) displayed in front of the value of "1" of the first pull-up control signal (PUMID) at time t3 and the second pull-up control signal (PUHIGH) at time t4 indicates that the first and second pull-up control signals (PUMID, PUHIGH) each have a boosted high level.
전압 모드 드라이버(130a)는 제1 트랜지스터(MN15), 제2 트랜지스터(MN16) 및 제3 트랜지스터(MN17)를 포함할 수 있다.The voltage mode driver (130a) may include a first transistor (MN15), a second transistor (MN16), and a third transistor (MN17).
제1 트랜지스터(MN15)는 출력 데이터 신호(TOUT)를 제공하는 출력 노드(140)와 제1 전압 레벨(VL1)을 가지는 접지 전압 사이에 연결되고, 제1 풀다운 제어 신호(PD)를 수신하는 게이트 전극을 가질 수 있다. 제2 트랜지스터(MN16)는 제3 전압 레벨(VL3)을 가지는 제1 전원 전압(VDDL1)과 출력 노드(140) 사이에 연결되고, 제2 풀업 제어 신호(PUHIGH)를 수신하는 게이트 전극을 가질 수 있다. 제3 트랜지스터(MN17)는 제2 전압 레벨(VL2)을 가지는 제2 전원 전압(VDDL2)과 출력 노드(140) 사이에 연결되고, 제1 풀업 제어 신호(PUMID)를 수신하는 게이트 전극을 가질 수 있다. 예를 들어, 제2 전압 레벨(VL2)은 제3 전압 레벨(VL3)의 약 절반일 수 있다(즉, 2*VL2=VL3 또는 2*VDDL2= VDDL1). 예를 들어, 제1 트랜지스터(MN15)는 풀다운(pill-down) 트랜지스터이고, 제2 및 제3 트랜지스터들(MN16, MN17)은 풀업(pull-up) 트랜지스터일 수 있다.A first transistor (MN15) may be connected between an output node (140) providing an output data signal (TOUT) and a ground voltage having a first voltage level (VL1), and may have a gate electrode receiving a first pull-down control signal (PD). A second transistor (MN16) may be connected between a first power supply voltage (VDDL1) having a third voltage level (VL3) and the output node (140), and may have a gate electrode receiving a second pull-up control signal (PUHIGH). A third transistor (MN17) may be connected between a second power supply voltage (VDDL2) having a second voltage level (VL2) and the output node (140), and may have a gate electrode receiving a first pull-up control signal (PUMID). For example, the second voltage level (VL2) may be approximately half of the third voltage level (VL3) (i.e., 2*VL2=VL3 or 2*VDDL2=VDDL1). For example, the first transistor (MN15) may be a pull-down transistor, and the second and third transistors (MN16, MN17) may be pull-up transistors.
출력 데이터 신호(TOUT)는 제1, 제2, 제3 및 제4 입력 데이터 신호들(D0, D1, D2, D3) 중 인접한 2개의 합에 대응하는 레벨을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 풀다운 제어 신호(PD)의 값 및 제1 및 제2 풀업 제어 신호들(PUMID, PUHIGH)의 값에 기초하여 제1, 제2 및 제3 트랜지스터들(MN15, MN16, MN17) 중 하나가 턴온되며, 턴온된 트랜지스터에 의해 출력 데이터 신호(TOUT)의 전압 레벨이 결정될 수 있다. 예를 들어, 출력 데이터 신호(TOUT)는 상기 제3 데이터 레이트를 가질 수 있다.The output data signal (TOUT) can have a level corresponding to the sum of two adjacent ones of the first, second, third and fourth input data signals (D0, D1, D2, D3). For example, one of the first, second and third transistors (MN15, MN16, MN17) is turned on based on the value of the first pull-down control signal (PD) and the values of the first and second pull-up control signals (PUMID, PUHIGH), and the voltage level of the output data signal (TOUT) can be determined by the turned-on transistor. For example, the output data signal (TOUT) can have the third data rate.
구체적으로, 도 4a, 4d 및 4e에 도시된 것처럼, 시간 t2에서 제1 풀다운 제어 신호(PD)가 "1"의 값을 가지는 경우에, 제1 트랜지스터(MN15)가 턴온되며, 상기 전원 전압에 기초하여 출력 데이터 신호(TOUT)는 제1 전압 레벨(VL1)을 가질 수 있다. 제1 전압 레벨(VL1)은 제1 및 제2 입력 데이터 신호들(D0, D1)의 합인 "a+b", 즉 "0"의 값에 대응할 수 있다. 이와 유사하게, 시간 t3에서 제1 풀업 제어 신호(PUMID)가 "1"의 값을 가지는 경우에, 제3 트랜지스터(MN17)가 턴온되며, 제2 전원 전압(VDDL2)에 기초하여 출력 데이터 신호(TOUT)는 제2 전압 레벨(VL2)을 가질 수 있다. 제2 전압 레벨(VL2)은 제2 및 제3 입력 데이터 신호들(D1, D2)의 합인 "b+c", 즉 "1"의 값에 대응할 수 있다. 시간 t4에서 제2 풀업 제어 신호(PUHIGH)가 "1"의 값을 가지는 경우에, 제2 트랜지스터(MN16)가 턴온되며, 제1 전원 전압(VDDL1)에 기초하여 출력 데이터 신호(TOUT)는 제3 전압 레벨(VL3)을 가질 수 있다. 제3 전압 레벨(VL3)은 제3 및 제4 입력 데이터 신호들(D2, D3)의 합인 "c+d", 즉 "2"의 값에 대응할 수 있다. 한편 도시하지는 않았으나, 시간 t1에서는 시간 t2에서와 마찬가지로 제1 트랜지스터(MN15)가 턴온되며, 출력 데이터 신호(TOUT)는 제1 전압 레벨(VL1)을 가질 수 있다.Specifically, as illustrated in FIGS. 4a, 4d and 4e, when the first pull-down control signal (PD) has a value of "1" at time t2, the first transistor (MN15) is turned on, and the output data signal (TOUT) can have a first voltage level (VL1) based on the power supply voltage. The first voltage level (VL1) can correspond to a value of "a+b", i.e., "0", which is the sum of the first and second input data signals (D0, D1). Similarly, when the first pull-up control signal (PUMID) has a value of "1" at time t3, the third transistor (MN17) is turned on, and the output data signal (TOUT) can have a second voltage level (VL2) based on the second power supply voltage (VDDL2). The second voltage level (VL2) may correspond to a value of "b+c", that is, "1", which is the sum of the second and third input data signals (D1, D2). When the second pull-up control signal (PUHIGH) has a value of "1" at time t4, the second transistor (MN16) is turned on, and the output data signal (TOUT) may have a third voltage level (VL3) based on the first power voltage (VDDL1). The third voltage level (VL3) may correspond to a value of "c+d", that is, "2", which is the sum of the third and fourth input data signals (D2, D3). Meanwhile, although not illustrated, at time t1, the first transistor (MN15) is turned on similarly to at time t2, and the output data signal (TOUT) may have the first voltage level (VL1).
일 실시예에서, 트랜지스터들(MN11, MN12, MN13, MN14, MN15, MN16, MN17)은 모두 NMOS(N-type Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터일 수 있다.In one embodiment, the transistors (MN11, MN12, MN13, MN14, MN15, MN16, MN17) may all be N-type Metal Oxide Semiconductor (NMOS) transistors.
도 5는 도 3의 송신기에 포함되는 제1 부스팅 회로의 일 예를 나타내는 회로도이다. 도 6은 도 5의 제1 부스팅 회로에서 입력 및 출력되는 신호들의 예를 나타내는 도면이다.Fig. 5 is a circuit diagram showing an example of a first boosting circuit included in the transmitter of Fig. 3. Fig. 6 is a diagram showing examples of signals input and output from the first boosting circuit of Fig. 5.
도 5 및 6을 참조하면, 제1 부스팅 회로(125)는 펄스 생성기(128), 제1 트랜지스터(MP21), 커패시터(C21), 제2 트랜지스터(MP22) 및 제3 트랜지스터(MN23)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 5 and 6, the first boosting circuit (125) may include a pulse generator (128), a first transistor (MP21), a capacitor (C21), a second transistor (MP22), and a third transistor (MN23).
펄스 생성기(128)는 제1 NAND 게이트(121)의 출력을 수신하는 입력 노드(N21)와 연결되고, 제1 NAND 게이트(121)의 출력에 기초하여 펄스 신호(PUL)를 생성할 수 있다. 제1 트랜지스터(MP21)는 제1 전원 전압(VDDL1)과 노드(N22) 사이에 연결되고, 펄스 신호(PUL)가 인가되는 게이트 전극을 가질 수 있다. 커패시터(C21)는 제1 트랜지스터(MP21)의 게이트 전극과 노드(N22) 사이에 연결될 수 있다. 제2 트랜지스터(MP22)는 노드(N22)와 제1 풀업 제어 신호(PUMID)를 제공하는 출력 노드(N23) 사이에 연결되고, 입력 노드(N21)와 연결되는 게이트 전극을 가질 수 있다. 제3 트랜지스터(MN23)는 출력 노드(N23)와 상기 접지 전압 사이에 연결되고, 입력 노드(N21)와 연결되는 게이트 전극을 가질 수 있다.A pulse generator (128) is connected to an input node (N21) that receives an output of a first NAND gate (121), and can generate a pulse signal (PUL) based on the output of the first NAND gate (121). A first transistor (MP21) is connected between a first power supply voltage (VDDL1) and a node (N22), and can have a gate electrode to which a pulse signal (PUL) is applied. A capacitor (C21) can be connected between a gate electrode of the first transistor (MP21) and the node (N22). A second transistor (MP22) is connected between the node (N22) and an output node (N23) that provides a first pull-up control signal (PUMID), and can have a gate electrode connected to the input node (N21). A third transistor (MN23) is connected between the output node (N23) and the ground voltage, and can have a gate electrode connected to the input node (N21).
일 실시예에서, 트랜지스터들(MP21, MP22)은 PMOS(P-type Metal Oxide Semiconductor) 트랜지스터이며, 트랜지스터(MN23)는 NMOS 트랜지스터일 수 있다.In one embodiment, the transistors (MP21, MP22) may be PMOS (P-type Metal Oxide Semiconductor) transistors, and the transistor (MN23) may be an NMOS transistor.
본 발명의 실시예들에 따른 송신기(100a)에 포함되는 제어 로직(120a)은, 높은 속도에서의 동작 보장 및 전력 효율을 증가시키기 위하여 일정 시간만큼의 지연을 만들어주는 펄스 생성기(128)를 포함할 수 있다. 입력 노드(N21)에서 수신되는 제1 NAND 게이트(121)의 출력에 기초하여 펄스 신호(PUL) 및 출력 노드(N23)를 통해 제공되는 제1 풀업 제어 신호(PUMID)의 레벨이 결정될 수 있다.The control logic (120a) included in the transmitter (100a) according to embodiments of the present invention may include a pulse generator (128) that creates a delay for a predetermined period of time in order to ensure operation at high speed and increase power efficiency. The level of the pulse signal (PUL) and the first pull-up control signal (PUMID) provided through the output node (N23) may be determined based on the output of the first NAND gate (121) received at the input node (N21).
구체적으로, 도 6에서 IN1은 제1 NAND 게이트(121)의 출력, 즉 입력 노드(N21)의 전압을 나타내고, OUT1은 출력 노드(N23)를 통해 제공되는 제1 풀업 제어 신호(PUMID), 출력 노드(N23)의 전압을 나타낸다. 입력 노드(N21)의 전압(IN1)이 하이 레벨(즉, 제3 전압 레벨(VL3) 또는 "1")을 가지는 경우에, 펄스 신호(PUL) 및 출력 노드(N23)의 전압(OUT1)은 로우 레벨(즉, 제1 전압 레벨(VL1) 또는 "0")을 가질 수 있다. 이 때, 제1 트랜지스터(MP21)(즉, 헤더(header) PMOS 트랜지스터)는 턴온되어 프리차지(precharge) 시간을 충분히 가지게 되며, 커패시터(C21)는 제1 전원 전압(VDDL1)에 기초하여 프리차지될 수 있다. 입력 노드(N21)의 전압(IN1)이 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이(transition)하는 경우에, 펄스 신호(PUL)는 로우 레벨에서 하이 레벨로 천이하여 일정 시간 동안 하이 레벨을 유지하다가 다시 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이할 수 있다. 펄스 신호(PUL)가 하이 레벨을 가지는 상기 일정 시간 동안에, 제1 트랜지스터(MP21)는 턴오프되고 출력 노드(N23)는 커패시터(C21)에 충전된 전하들에 기초하여 상기 일정 시간 동안 부스트되어 부스트된 하이 레벨(즉, VL3+α의 레벨)을 가지며, 이후에 펄스 신호(PUL)가 로우 레벨을 가지게 되면 제1 트랜지스터(MP21)가 턴온됨에 따라 다시 원래의 하이 레벨(즉, VL3 레벨)로 돌아올 수 있다. 따라서, 제1 풀업 제어 신호(PUMID)는 도 6에 도시된 출력 노드(N23)의 전압과 같이 일시적으로 부스트된 전압 레벨을 가질 수 있다.Specifically, in FIG. 6, IN1 represents the output of the first NAND gate (121), that is, the voltage of the input node (N21), and OUT1 represents the first pull-up control signal (PUMID) provided through the output node (N23), the voltage of the output node (N23). When the voltage (IN1) of the input node (N21) has a high level (i.e., the third voltage level (VL3) or "1"), the pulse signal (PUL) and the voltage (OUT1) of the output node (N23) can have a low level (i.e., the first voltage level (VL1) or "0"). At this time, the first transistor (MP21) (i.e., the header PMOS transistor) is turned on to have a sufficient precharge time, and the capacitor (C21) can be precharged based on the first power supply voltage (VDDL1). When the voltage (IN1) of the input node (N21) transitions from a high level to a low level, the pulse signal (PUL) can transition from a low level to a high level, maintain the high level for a predetermined period of time, and then transition from the high level to a low level again. During the predetermined period of time that the pulse signal (PUL) has a high level, the first transistor (MP21) is turned off and the output node (N23) is boosted based on the charges charged in the capacitor (C21) for the predetermined period of time to have a boosted high level (i.e., a level of VL3+α), and thereafter, when the pulse signal (PUL) has a low level, the first transistor (MP21) is turned on, so that the output node (N23) can return to the original high level (i.e., a level of VL3). Therefore, the first pull-up control signal (PUMID) can have a temporarily boosted voltage level like the voltage of the output node (N23) illustrated in FIG. 6.
한편 도시하지는 않았으나, 제2 부스팅 회로(126)의 구조 및 동작은 도 5 및 6을 참조하여 상술한 제1 부스팅 회로(125)의 구조 및 동작과 실질적으로 동일할 수 있다.Meanwhile, although not illustrated, the structure and operation of the second boosting circuit (126) may be substantially identical to the structure and operation of the first boosting circuit (125) described above with reference to FIGS. 5 and 6.
일시적으로 VL3+α의 레벨로 부스트된 제어 로직(120a)의 출력들(즉, 제1 및 제2 풀업 제어 신호들(PUMID, PUHIGH))은 최종단의 전압 모드 드라이버(130a)의 제1 전압 레벨(VL1)에서 제2 전압 레벨(VL2)로의 천이 및 제2 전압 레벨(VL2)에서 제3 전압 레벨(VL3)로의 천이를 보강할 수 있다(즉, 출력 드라이버의 풀업 트랜지스터들을 일시적으로 강하게 구동할 수 있다). 또한 제2 전압 레벨(VL2)에서 제3 전압 레벨(VL3)로의 천이가 발생할 때에도 부스트된 하이 레벨을 통하여 동작 영역이 선형(linear) 영역으로 보장되기 때문에, PVT(Process-Voltage-Temperature) variation에서도 전압 모드 드라이버(130a)는 신뢰성 있는 동작을 수행할 수 있다.The outputs of the control logic (120a) temporarily boosted to the level of VL3+α (i.e., the first and second pull-up control signals (PUMID, PUHIGH)) can reinforce the transition from the first voltage level (VL1) to the second voltage level (VL2) and the transition from the second voltage level (VL2) to the third voltage level (VL3) of the voltage-mode driver (130a) of the final stage (i.e., the pull-up transistors of the output driver can be temporarily strongly driven). In addition, since the operating region is guaranteed to be a linear region through the boosted high level even when the transition from the second voltage level (VL2) to the third voltage level (VL3) occurs, the voltage-mode driver (130a) can perform reliable operation even under PVT (Process-Voltage-Temperature) variation.
도 7a, 7b, 7c 및 7d는 도 3의 송신기의 성능을 나타내는 도면들이다. 도 7a, 7b, 7c 및 7d는 도 3의 송신기에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다.Figures 7a, 7b, 7c and 7d are drawings showing the performance of the transmitter of Figure 3. Figures 7a, 7b, 7c and 7d show simulation results for the transmitter of Figure 3.
도 7a를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 송신기(100a)의 이상적인 조건(VDD, TT corner, Room temperature)에서의 Monte Carlo (1000 runs) 시뮬레이션을 수행한 결과를 나타내고 있으며, 충분한 margin을 확보하면서 동작하고 있는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7a, the results of Monte Carlo (1000 runs) simulation performed under ideal conditions (VDD, TT corner, room temperature) of a transmitter (100a) according to embodiments of the present invention are shown, and it can be confirmed that the transmitter is operating while securing sufficient margin.
도 7b를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 송신기(100a)의 제어 로직(120a)의 출력들에 대해 PVT variation에 따른 부스트된 하이 레벨(즉, 피크 전압(peak voltage))과 부스팅이 유지되는 시간(duty)의 변화를 나타내고 있다. 부스트된 하이 레벨이 약 ±10% 변동되어도 아이 성능(eye-performance) 및 전력(power)의 변화는 약 ±2% 이내, 시간이 최대 약 40%까지 변화하더라도 전체 성능 변화는 약 4% 이내인 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 7b, it shows the change in the boosted high level (i.e., peak voltage) and the time (duty) for which boosting is maintained according to the PVT variation for the outputs of the control logic (120a) of the transmitter (100a) according to the embodiments of the present invention. It can be confirmed that even if the boosted high level varies by about ±10%, the change in the eye-performance and power is within about ±2%, and even if the time varies by up to about 40%, the overall performance change is within about 4%.
도 7c를 참조하면, 도 7b의 PVT variation 분석을 바탕으로, 20개의 corner들(Process corner: TT, SS, FF, FS, SF / Supply voltage: HVDD, LVDD / Temperature: Cold, Hot)에서의 아이 성능을 분석한 결과를 나타내고 있다. 가장 변화가 심한 두 개의 corner인 "SS/LVDD/Hot"과 "FF/HVDD/Cold"에서 성능을 분석한 결과, 전자의 경우에서는 약 21%~26%의 성능 변화가 발생하고 후자의 경우에서는 약 12%~21%의 성능 변화가 발생하는 것을 확인할 수 있다.Referring to Fig. 7c, it shows the results of analyzing the eye performance in 20 corners (Process corner: TT, SS, FF, FS, SF / Supply voltage: HVDD, LVDD / Temperature: Cold, Hot) based on the PVT variation analysis of Fig. 7b. As a result of analyzing the performance in the two corners with the most severe changes, "SS/LVDD/Hot" and "FF/HVDD/Cold", it can be confirmed that the former has a performance change of about 21% to 26%, and the latter has a performance change of about 12% to 21%.
도 7d를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 송신기(100a)의 전력 소모량을 나타내고 있다. 도 7d에서, 좌측은 전류 모드 드라이버(즉, CML driver)를 사용하는 종래의 경우를 나타내며, 우측은 전압 모드 드라이버(130a) 또는 듀얼 소스 드라이버를 사용하는 본 발명의 실시예를 나타낸다. 좌측과 비교하여 본 발명의 실시예에서 약 59%의 전력 소모 감소를 얻을 수 있으며, VDD/2 (약 0.6V)로 swing 하는 전압 모드 드라이버 I/O 구조보다는 약 41%의 전력 소모 감소(직렬화 과정의 전력소모 감소는 26%)를 얻을 수 있다.Referring to FIG. 7d, the power consumption of the transmitter (100a) according to embodiments of the present invention is shown. In FIG. 7d, the left side shows a conventional case using a current mode driver (i.e., a CML driver), and the right side shows an embodiment of the present invention using a voltage mode driver (130a) or a dual source driver. Compared to the left side, the embodiment of the present invention can obtain a power consumption reduction of about 59%, and can obtain a power consumption reduction of about 41% (power consumption reduction of the serialization process is 26%) compared to the voltage mode driver I/O structure that swings to VDD/2 (about 0.6 V).
도 8은 본 발명의 실시예들에 따른 수신기를 나타내는 블록도이다.FIG. 8 is a block diagram illustrating a receiver according to embodiments of the present invention.
도 8을 참조하면, 수신기(200)는 제1 플립플롭(FF1)(210) 및 제2 플립플롭(FF2)(220)을 포함한다.Referring to FIG. 8, the receiver (200) includes a first flip-flop (FF1) (210) and a second flip-flop (FF2) (220).
제1 플립플롭(210)은 입력 데이터 신호(RX_IN)를 수신하고, 입력 데이터 신호(RX_IN), 제1 클럭 신호(CKE), 제1 기준 전압(VH) 및 제1 선택 신호(SEL1)에 기초하여 제1 출력 데이터 신호(RX_OUT1)를 생성한다. 제2 플립플롭(220)은 입력 데이터 신호(RX_IN)를 수신하고, 입력 데이터 신호(RX_IN), 제1 클럭 신호(CKE)와 다른 제2 클럭 신호(CKO), 제1 기준 전압(VH) 및 제2 선택 신호(SEL2)에 기초하여 제2 출력 데이터 신호(RX_OUT2)를 생성한다.A first flip-flop (210) receives an input data signal (RX_IN) and generates a first output data signal (RX_OUT1) based on the input data signal (RX_IN), a first clock signal (CKE), a first reference voltage (VH), and a first selection signal (SEL1). A second flip-flop (220) receives an input data signal (RX_IN) and generates a second output data signal (RX_OUT2) based on the input data signal (RX_IN), a second clock signal (CKO) different from the first clock signal (CKE), a first reference voltage (VH), and a second selection signal (SEL2).
입력 데이터 신호(RX_IN)는 도 1을 참조하여 상술한 것처럼 서로 다른 3개의 전압 레벨들을 가지는 듀오바이너리 방식의 신호이다. 제1 및 제2 출력 데이터 신호들(RX_OUT1, RX_OUT2) 각각은 도 1을 참조하여 상술한 것처럼 각각 서로 다른 2개의 전압 레벨들을 가지는 바이너리 방식의 신호이다. 제1 및 제2 출력 데이터 신호들(RX_OUT1, RX_OUT2) 중 하나(예를 들어, 제1 출력 데이터 신호(RX_OUT1))가 도 1의 출력 데이터 신호(RX_OUT)에 대응할 수 있다.The input data signal (RX_IN) is a duobinary signal having three different voltage levels as described above with reference to FIG. 1. Each of the first and second output data signals (RX_OUT1, RX_OUT2) is a binary signal having two different voltage levels as described above with reference to FIG. 1. One of the first and second output data signals (RX_OUT1, RX_OUT2) (e.g., the first output data signal (RX_OUT1)) may correspond to the output data signal (RX_OUT) of FIG. 1.
제1 및 제2 플립플롭들(210, 220) 각각은 입력 데이터 신호(RX_IN)를 수신하는 제1 입력 단자, 클럭 신호들(CKE, CKO)을 수신하는 클럭 단자, 출력 데이터 신호들(RX_OUT1, RX_OUT2)을 출력하는 출력 단자, 제1 기준 전압(VH)을 수신하는 기준 전압 단자(VREF) 및 선택 신호들(SEL1, SEL2)을 수신하는 선택 단자(SEL)를 포함할 수 있다. 이 때, 제2 플립플롭(220)의 제2 출력 데이터 신호(RX_OUT2)가 제1 선택 신호(SEL1)로서 제1 플립플롭(210)에 제공되고, 제1 플립플롭(210)의 제1 출력 데이터 신호(RX_OUT1)가 제2 선택 신호(SEL2)로서 제2 플립플롭(220)에 제공될 수 있다.Each of the first and second flip-flops (210, 220) may include a first input terminal for receiving an input data signal (RX_IN), a clock terminal for receiving clock signals (CKE, CKO), an output terminal for outputting output data signals (RX_OUT1, RX_OUT2), a reference voltage terminal (VREF) for receiving a first reference voltage (VH), and a selection terminal (SEL) for receiving selection signals (SEL1, SEL2). At this time, the second output data signal (RX_OUT2) of the second flip-flop (220) may be provided to the first flip-flop (210) as a first selection signal (SEL1), and the first output data signal (RX_OUT1) of the first flip-flop (210) may be provided to the second flip-flop (220) as a second selection signal (SEL2).
제1 플립플롭(210)은 제1 기준 전압(VH) 및 제1 선택 신호(SEL1)에 기초하여 제1 기준 전압(VH)과 다른 제2 기준 전압(예를 들어, VL)을 형성한다. 이와 유사하게, 제2 플립플롭(220)은 제1 기준 전압(VH) 및 제2 선택 신호(SEL2)에 기초하여 제2 기준 전압(VL)을 형성한다. 다시 말하면, 1개의 제1 기준 전압(VH)만을 이용하여 2개의 기준 전압들(VH, VL)을 이용하는 것과 동일한 동작/효과를 얻을 수 있다.The first flip-flop (210) forms a second reference voltage (e.g., VL) different from the first reference voltage (VH) based on the first reference voltage (VH) and the first selection signal (SEL1). Similarly, the second flip-flop (220) forms a second reference voltage (VL) based on the first reference voltage (VH) and the second selection signal (SEL2). In other words, the same operation/effect as using two reference voltages (VH, VL) can be obtained by using only one first reference voltage (VH).
제1 플립플롭(210) 및 제2 플립플롭(220)은 각각 이븐(even) 플립플롭 및 오드(odd) 플립플롭이라 부를 수 있고, 제1 클럭 신호(CKE) 및 제2 클럭 신호(CKO) 또한 각각 이븐 클럭 신호 및 오드 클럭 신호라 부를 수 있다. 예를 들어, 제1 및 제2 클럭 신호들(CKE, CKO)은 서로 반대 위상을 가질 수 있다. 서로 반대 위상의 클럭 신호를 이용함으로써, 약 절반의 주파수로 동작할 수 있다.The first flip-flop (210) and the second flip-flop (220) may be referred to as an even flip-flop and an odd flip-flop, respectively, and the first clock signal (CKE) and the second clock signal (CKO) may also be referred to as an even clock signal and an odd clock signal, respectively. For example, the first and second clock signals (CKE, CKO) may have opposite phases. By using clock signals of opposite phases, it is possible to operate at about half the frequency.
본 발명의 실시예들에 따른 수신기(200)는, 1개의 제1 기준 전압(VH)만을 이용하여 상기 3개의 전압 레벨들을 가지는 상기 듀오바이너리 방식의 입력 데이터 신호(RX_IN)를 수신 및 센싱하도록 구현될 수 있다.A receiver (200) according to embodiments of the present invention can be implemented to receive and sense the input data signal (RX_IN) in the duobinary mode having the three voltage levels using only one first reference voltage (VH).
도 9는 도 8의 수신기에 포함되는 제1 플립플롭의 일 예를 나타내는 회로도이다. 도 10a 및 10b는 도 9의 제1 플립플롭에서 입력 및 출력되는 신호들의 예를 나타내는 도면들이다.Fig. 9 is a circuit diagram showing an example of a first flip-flop included in the receiver of Fig. 8. Figs. 10a and 10b are drawings showing examples of signals input and output from the first flip-flop of Fig. 9.
도 9, 10a 및 10b를 참조하면, 제1 플립플롭(210a)은 제1 회로부(230), 제2 회로부(240) 및 출력부(250)를 포함할 수 있다.Referring to FIGS. 9, 10a and 10b, the first flip-flop (210a) may include a first circuit portion (230), a second circuit portion (240) and an output portion (250).
도 9의 예에서, 도 8의 입력 데이터 신호(RX_IN)는 입력 데이터 신호(DIN)에 대응하고, 도 8의 제1 출력 데이터 신호(RX_OUT1)는 출력 데이터 신호(RDE)에 대응할 수 있다.In the example of FIG. 9, the input data signal (RX_IN) of FIG. 8 may correspond to the input data signal (DIN), and the first output data signal (RX_OUT1) of FIG. 8 may correspond to the output data signal (RDE).
제1 회로부(230)는 전원 전압(VDDH), 입력 데이터 신호(DIN), 제1 클럭 신호(CKE), 제1 기준 전압(VH) 및 제1 선택 신호(SEL)에 기초하여 제1 데이터 신호(DA) 및 제2 데이터 신호(DREF)를 생성하고, 제2 기준 전압(VL)을 형성하기 위한 제1 구조 및 제1 및 제2 데이터 신호들(DA, DREF)을 부스트하기 위한 제2 구조를 포함할 수 있다.The first circuit unit (230) may include a first structure for generating a first data signal (DA) and a second data signal (DREF) based on a power supply voltage (VDDH), an input data signal (DIN), a first clock signal (CKE), a first reference voltage (VH), and a first selection signal (SEL), and forming a second reference voltage (VL), and a second structure for boosting the first and second data signals (DA, DREF).
도 10a에 도시된 것처럼, 입력 데이터 신호(DIN)는 도 4e의 출력 데이터 신호(TOUT)와 실질적으로 동일한 파형을 가지며, 제1, 제2 및 제3 전압 레벨들(VL1, VL2, VL3)을 가질 수 있다. 제1 기준 전압(VH)은 제2 및 제3 전압 레벨들(VL2, VL3) 사이의 전압 레벨(VLH)을 가지고, 제2 기준 전압(VL)은 제1 및 제2 전압 레벨들(VL1, VL2) 사이의 전압 레벨(VLL)을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 기준 전압(VH)의 전압 레벨(VLH)은 약 0.45V이고, 제2 기준 전압(VL)의 전압 레벨(VLL)은 약 0.15V일 수 있다.As illustrated in FIG. 10A, the input data signal (DIN) has substantially the same waveform as the output data signal (TOUT) of FIG. 4E, and may have first, second, and third voltage levels (VL1, VL2, VL3). The first reference voltage (VH) may have a voltage level (VLH) between the second and third voltage levels (VL2, VL3), and the second reference voltage (VL) may have a voltage level (VLL) between the first and second voltage levels (VL1, VL2). For example, the voltage level (VLH) of the first reference voltage (VH) may be about 0.45 V, and the voltage level (VLL) of the second reference voltage (VL) may be about 0.15 V.
제1 회로부(230)는 제1 트랜지스터(MP31), 제2 트랜지스터(MP32), 제3 트랜지스터(MP33), 제4 트랜지스터(MP34), 제5 트랜지스터(MP35), 제6 트랜지스터(MP36), 제7 트랜지스터(MP37), 제8 트랜지스터(MN38) 및 제9 트랜지스터(MN39)를 포함할 수 있다.The first circuit unit (230) may include a first transistor (MP31), a second transistor (MP32), a third transistor (MP33), a fourth transistor (MP34), a fifth transistor (MP35), a sixth transistor (MP36), a seventh transistor (MP37), an eighth transistor (MN38), and a ninth transistor (MN39).
제1, 제2 및 제3 트랜지스터들(MP31, MP32, MP33)은 노드(N31)와 제1 데이터 신호(DA)를 제공하는 제1 데이터 노드(N32) 사이에 병렬 연결될 수 있다. 제1 트랜지스터(MP31)는 전원 전압(VDDH)을 수신하는 게이트 전극을 가지고, 제2 트랜지스터(MP32)는 입력 데이터 신호(DIN)를 수신하는 게이트 전극을 가지며, 제3 트랜지스터(MP33)는 제2 데이터 신호(DREF)를 제공하는 제2 데이터 노드(N33)와 연결되는 게이트 전극을 가질 수 있다. 제4, 제5 및 제6 트랜지스터들(MP34, MP35, MP36)은 노드(N31)와 제2 데이터 노드(N33) 사이에 병렬 연결될 수 있다. 제4 트랜지스터(MP34)는 제1 데이터 노드(N32)와 연결되는 게이트 전극을 가지고, 제5 트랜지스터(MP35)는 제1 기준 전압(VH)을 수신하는 게이트 전극을 가지며, 제6 트랜지스터(MP36)는 제1 선택 신호(SEL1)를 수신하는 게이트 전극을 가질 수 있다. 제7 트랜지스터(MP37)는 전원 전압(VDDH)과 노드(N31) 사이에 연결되고, 제1 클럭 신호(CKE)를 수신하는 게이트 전극을 가질 수 있다. 제8 트랜지스터(MN38)는 제1 데이터 노드(N32)와 접지 전압 사이에 연결되고, 제1 클럭 신호(CKE)를 수신하는 게이트 전극을 가질 수 있다. 제9 트랜지스터(MN39)는 제2 데이터 노드(N33)와 상기 접지 전압 사이에 연결되고, 제1 클럭 신호(CKE)를 수신하는 게이트 전극을 가질 수 있다.The first, second and third transistors (MP31, MP32, MP33) may be connected in parallel between the node (N31) and a first data node (N32) providing a first data signal (DA). The first transistor (MP31) may have a gate electrode receiving a power supply voltage (VDDH), the second transistor (MP32) may have a gate electrode receiving an input data signal (DIN), and the third transistor (MP33) may have a gate electrode connected to a second data node (N33) providing a second data signal (DREF). The fourth, fifth and sixth transistors (MP34, MP35, MP36) may be connected in parallel between the node (N31) and the second data node (N33). The fourth transistor (MP34) may have a gate electrode connected to the first data node (N32), the fifth transistor (MP35) may have a gate electrode receiving a first reference voltage (VH), and the sixth transistor (MP36) may have a gate electrode receiving a first selection signal (SEL1). The seventh transistor (MP37) may be connected between the power supply voltage (VDDH) and the node (N31) and may have a gate electrode receiving a first clock signal (CKE). The eighth transistor (MN38) may be connected between the first data node (N32) and a ground voltage and may have a gate electrode receiving the first clock signal (CKE). The ninth transistor (MN39) may be connected between the second data node (N33) and the ground voltage and may have a gate electrode receiving the first clock signal (CKE).
일 실시예에서, 제6 트랜지스터(MP36)는 제2 기준 전압(VL)을 형성하기 위한 상기 제1 구조에 대응할 수 있다. 구체적으로, 제2 플립플롭(220)의 제2 출력 데이터 신호(RX_OUT2)(즉, 제2 플립플롭(220)의 이전 데이터 출력)인 제1 선택 신호(SEL1)가 하이 레벨(즉, "1")인 경우에, 제6 트랜지스터(MP36)는 턴오프되고, 제1 회로부(230)는 입력 데이터 신호(DIN)와 제1 기준 전압(VH)을 비교하여 제1 및 제2 데이터 신호들(DA, DREF)을 생성할 수 있다. 제1 선택 신호(SEL1)가 하이 레벨(즉, "1")인 경우에, 제6 트랜지스터(MP36)는 턴온되어 제2 데이터 노드(N33)에 추가적인 전류를 흐르게 하고, 제5 트랜지스터(MP35)에 제2 기준 전압(VL)이 인가되는 경우와 거의 같은 전류가 제2 데이터 노드(N33)에 제공될 수 있다. 다시 말하면, 제1 기준 전압(VH), 제1 선택 신호(SEL1) 및 제5 및 제6 트랜지스터들(MP35, MP36)에 기초하여 제2 기준 전압(VL)에 대응하는 구동 전류를 제2 데이터 노드(N33)에 제공하며, 제1 회로부(230)는 입력 데이터 신호(DIN)와 제2 기준 전압(VL)을 비교하여 제1 및 제2 데이터 신호들(DA, DREF)을 생성할 수 있다.In one embodiment, the sixth transistor (MP36) may correspond to the first structure for forming the second reference voltage (VL). Specifically, when the first selection signal (SEL1), which is the second output data signal (RX_OUT2) of the second flip-flop (220) (i.e., the previous data output of the second flip-flop (220)), is at a high level (i.e., “1”), the sixth transistor (MP36) is turned off, and the first circuit unit (230) may compare the input data signal (DIN) with the first reference voltage (VH) to generate the first and second data signals (DA, DREF). When the first selection signal (SEL1) is at a high level (i.e., “1”), the sixth transistor (MP36) is turned on to allow additional current to flow to the second data node (N33), and almost the same current as when the second reference voltage (VL) is applied to the fifth transistor (MP35) can be provided to the second data node (N33). In other words, based on the first reference voltage (VH), the first selection signal (SEL1), and the fifth and sixth transistors (MP35, MP36), a driving current corresponding to the second reference voltage (VL) is provided to the second data node (N33), and the first circuit unit (230) can compare the input data signal (DIN) with the second reference voltage (VL) to generate the first and second data signals (DA, DREF).
일 실시예에서, 제3 및 제4 트랜지스터들(MP33, MP34)은 제1 및 제2 데이터 신호들(DA, DREF)을 부스트하기 위한 상기 제2 구조에 대응할 수 있다. 구체적으로, 제3 및 제4 트랜지스터들(MP33, MP34)을 통해 평가 시간(evaluate timing)에 제1 및 제2 데이터 노드들(N32, N33)로 흐르는 전류를 일시적으로 부스트시킬 수 있으며, 상대적으로 많은 전류가 흐르는 제1 전압 레벨(즉, 약 0V)의 입력이 인가되는 경우는 부스트되는 전류의 영향이 상대적으로 적은 반면에, 상대적으로 적은 전류가 흐르는 제3 전압 레벨(즉, 약 0.6V)의 입력이 인가되는 경우는 부스트되는 전류의 영향이 상대적으로 크기 때문에 최종적으로 input case에 따른 출력 지연 변화를 감소시킬 수 있다.In one embodiment, the third and fourth transistors (MP33, MP34) may correspond to the second structure for boosting the first and second data signals (DA, DREF). Specifically, the current flowing to the first and second data nodes (N32, N33) can be temporarily boosted at an evaluation timing through the third and fourth transistors (MP33, MP34). When an input of a first voltage level (i.e., about 0 V) through which a relatively large current flows is applied, the influence of the boosted current is relatively small, whereas when an input of a third voltage level (i.e., about 0.6 V) through which a relatively small current flows is applied, the influence of the boosted current is relatively large, so that a change in output delay according to an input case can be ultimately reduced.
제2 회로부(240)는 전원 전압(VDDH), 제1 및 제2 데이터 신호들(DA, DREF) 및 제1 클럭 신호(CKE)에 기초하여 제3 데이터 신호(SB) 및 제4 데이터 신호(RB)를 생성할 수 있다. 또한, 제2 회로부(240)는 입력 오프셋을 개선하기 위한 제3 구조를 포함할 수 있다.The second circuit unit (240) can generate a third data signal (SB) and a fourth data signal (RB) based on a power supply voltage (VDDH), first and second data signals (DA, DREF), and a first clock signal (CKE). In addition, the second circuit unit (240) can include a third structure for improving an input offset.
제2 회로부(240)는 제1 인버터(242), 제2 인버터(244), 제1 트랜지스터(MP41), 제2 트랜지스터(MN42), 제3 트랜지스터(MN43), 제4 트랜지스터(MP44), 제5 트랜지스터(MN45), 제6 트랜지스터(MN46) 및 제7 트랜지스터(MP47)를 포함할 수 있다.The second circuit unit (240) may include a first inverter (242), a second inverter (244), a first transistor (MP41), a second transistor (MN42), a third transistor (MN43), a fourth transistor (MP44), a fifth transistor (MN45), a sixth transistor (MN46), and a seventh transistor (MP47).
제1 인버터(242)는 제1 데이터 신호(DA)를 수신할 수 있다. 제2 인버터(244)는 제2 데이터 신호(DREF)를 수신할 수 있다. 제1 트랜지스터(MP41)는 제3 데이터 신호(SB)를 제공하는 제3 데이터 노드(N42)와 연결되는 게이트 전극을 가지고, 노드(N41)와 제4 데이터 신호(RB)를 제공하는 제4 데이터 노드(N43) 사이에 연결될 수 있다. 제2 및 제3 트랜지스터들(MN42, MN43)은 제4 데이터 노드(N43)와 상기 접지 전압 사이에 병렬 연결될 수 있다. 제2 트랜지스터(MN42)는 제1 인버터(242)의 출력과 연결되는 게이트 전극을 가지고, 제3 트랜지스터(MN43)는 제3 데이터 노드(N42)와 연결되는 게이트 전극을 가질 수 있다. 제4 트랜지스터(MP44)는 노드(N41)와 제3 데이터 노드(N42) 사이에 연결되고, 제4 데이터 노드(N43)와 연결되는 게이트 전극을 가질 수 있다. 제5 및 제6 트랜지스터들(MN45, MN46)은 제3 데이터 노드(N42)와 상기 접지 전압 사이에 병렬 연결될 수 있다. 제5 트랜지스터(MN45)는 제4 데이터 노드(N43)와 연결되는 게이트 전극을 가지고, 제6 트랜지스터(MN46)는 제2 인버터(244)의 출력과 연결되는 게이트 전극을 가질 수 있다. 제7 트랜지스터(MP47)는 전원 전압(VDDH)과 노드(N41) 사이에 연결되고, 제1 클럭 신호(CKE)를 수신하는 게이트 전극을 가질 수 있다.The first inverter (242) can receive the first data signal (DA). The second inverter (244) can receive the second data signal (DREF). The first transistor (MP41) has a gate electrode connected to a third data node (N42) providing a third data signal (SB) and can be connected between the node (N41) and a fourth data node (N43) providing a fourth data signal (RB). The second and third transistors (MN42, MN43) can be connected in parallel between the fourth data node (N43) and the ground voltage. The second transistor (MN42) can have a gate electrode connected to an output of the first inverter (242), and the third transistor (MN43) can have a gate electrode connected to the third data node (N42). The fourth transistor (MP44) may be connected between the node (N41) and the third data node (N42) and may have a gate electrode connected to the fourth data node (N43). The fifth and sixth transistors (MN45, MN46) may be connected in parallel between the third data node (N42) and the ground voltage. The fifth transistor (MN45) may have a gate electrode connected to the fourth data node (N43), and the sixth transistor (MN46) may have a gate electrode connected to the output of the second inverter (244). The seventh transistor (MP47) may be connected between the power supply voltage (VDDH) and the node (N41) and may have a gate electrode that receives a first clock signal (CKE).
일 실시예에서, 제1 및 제2 인버터들(242, 244)은 입력 오프셋을 개선하기 위한 상기 제3 구조에 대응할 수 있다. 제1 및 제2 인버터들(242, 244)을 추가함으로써, 종래의 구조에서 발생하는 입력 오프셋 문제를 개선할 수 있다.In one embodiment, the first and second inverters (242, 244) may correspond to the third structure for improving the input offset. By adding the first and second inverters (242, 244), the input offset problem occurring in the conventional structure can be improved.
출력부(250)는 제3 및 제4 데이터 신호들(SB, RB)에 기초하여 출력 데이터 신호(RDE) 및 출력 데이터 신호(RDE)의 반전 신호(RDBE)를 생성할 수 있다.The output unit (250) can generate an output data signal (RDE) and an inverted signal (RDBE) of the output data signal (RDE) based on the third and fourth data signals (SB, RB).
출력부(250)는 제1 인버터(252), 제2 인버터(254) 및 SR NAND 래치(256)를 포함할 수 있다. 제1 인버터(252)는 제3 데이터 신호(SB)를 수신할 수 있다. 제2 인버터(254)는 제2 데이터 신호(RB)를 수신할 수 있다. SR NAND 래치(256)는 제1 및 제2 인버터들(252, 254)의 출력에 기초하여 출력 데이터 신호(RDE) 및 출력 데이터 신호(RDE)의 반전 신호(RDBE)를 생성할 수 있다.The output unit (250) may include a first inverter (252), a second inverter (254), and an SR NAND latch (256). The first inverter (252) may receive a third data signal (SB). The second inverter (254) may receive a second data signal (RB). The SR NAND latch (256) may generate an output data signal (RDE) and an inverted signal (RDBE) of the output data signal (RDE) based on the outputs of the first and second inverters (252, 254).
전원 전압(VDDH)은 도 3의 제1 및 제2 전원 전압들(VDDL1, VDDL2)과는 다른 전압이며, 제4 전압 레벨(VL4)을 가질 수 있다. 이에 따라, 도 10b에 도시된 것처럼, 전원 전압(VDDH)에 기초하여 생성되는 출력 데이터 신호(RDE)의 2개의 전압 레벨들은 제1 전압 레벨(VL1) 및 제4 전압 레벨(VL4)을 포함할 수 있다. 또한, 출력 데이터 신호(RDE)는 도 4a에 도시된 송신기(100a)의 입력 데이터 신호들(D0, D1, D2, D3)의 값들인 "a", "b", "c" 및 "d"가 순차적으로 배치되도록 생성될 수 있다.The power supply voltage (VDDH) is a different voltage from the first and second power supply voltages (VDDL1, VDDL2) of FIG. 3, and may have a fourth voltage level (VL4). Accordingly, as illustrated in FIG. 10b, the two voltage levels of the output data signal (RDE) generated based on the power supply voltage (VDDH) may include the first voltage level (VL1) and the fourth voltage level (VL4). In addition, the output data signal (RDE) may be generated such that the values "a", "b", "c", and "d" of the input data signals (D0, D1, D2, D3) of the transmitter (100a) illustrated in FIG. 4a are sequentially arranged.
일 실시예에서, 트랜지스터들(MP31, MP32, MP33, MP34, MP35, MP36, MP37, MP41, MP44, MP47)은 PMOS 트랜지스터이며, 트랜지스터들(MN38, MN39, MN42, MN43, MN45, MN46)은 NMOS 트랜지스터일 수 있다.In one embodiment, the transistors (MP31, MP32, MP33, MP34, MP35, MP36, MP37, MP41, MP44, MP47) can be PMOS transistors, and the transistors (MN38, MN39, MN42, MN43, MN45, MN46) can be NMOS transistors.
한편, 1개의 제1 기준 전압(VH)만을 이용하는 경우에 기초하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 1개의 제2 기준 전압(VL)만을 이용하는 경우에도 적용될 수 있다.Meanwhile, although the embodiments of the present invention have been described based on the case where only one first reference voltage (VH) is used, the present invention is not limited thereto and can be applied even when only one second reference voltage (VL) is used.
한편 도시하지는 않았으나, 제2 플립플롭(220)의 구조 및 동작은 도 9 및 10을 참조하여 상술한 제1 플립플롭(210a)의 구조 및 동작과 실질적으로 동일할 수 있다.Meanwhile, although not illustrated, the structure and operation of the second flip-flop (220) may be substantially identical to the structure and operation of the first flip-flop (210a) described above with reference to FIGS. 9 and 10.
도 11a 및 11b는 도 8 및 9의 수신기의 성능을 나타내는 도면들이다. 도 11a 및 11b는 도 8 및 9의 수신기에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내고 있다.Figures 11a and 11b are drawings showing the performance of the receivers of Figures 8 and 9. Figures 11a and 11b show simulation results for the receivers of Figures 8 and 9.
도 11a를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 수신기(200)에서 생성되는 전류를 나타내고 있다. 도 11a에서, 좌측은 2개의 제1 및 제2 기준 전압들(VH, VL)을 사용하는 종래의 경우에서 제2 기준 전압(VL)에 의해 생성되는 구동 전류(Iconv)를 나타내며, 우측은 2개의 제1 기준 전압(VH)만을 사용하는 본 발명의 실시예에서 제1 기준 전압(VH) 및 제1 선택 신호(SEL1)에 의해 생성되는 구동 전류(Ipro)를 나타낸다. 종래의 경우에서 구동 전류(Iconv)의 평균(mean)은 약 2.53f, 표준편차(standard deviation)는 약 99.2a로 mean over sigma는 약 0.039이고, 본 발명의 실시예에서 구동 전류(Ipro)의 평균은 약 3.54f, 표준편차는 약 99a로 mean over sigma는 약 0.039이며, 구동 전류(Iconv)와 구동 전류(Ipro)가 유사하게 출력되는 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11A, currents generated in a receiver (200) according to embodiments of the present invention are shown. In FIG. 11A, the left side shows a driving current (Iconv) generated by a second reference voltage (VL) in a conventional case using two first and second reference voltages (VH, VL), and the right side shows a driving current (Ipro) generated by a first reference voltage (VH) and a first selection signal (SEL1) in an embodiment of the present invention using only two first reference voltages (VH). In the conventional case, the mean of the driving current (Iconv) is about 2.53f, the standard deviation is about 99.2a, and the mean over sigma is about 0.039. In the embodiment of the present invention, the mean of the driving current (Ipro) is about 3.54f, the standard deviation is about 99a, and the mean over sigma is about 0.039. It can be confirmed that the driving current (Iconv) and the driving current (Ipro) are output similarly.
도 11b를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 수신기(200)의 성능을 나타내고 있다. 도 11b에서, 좌측은 종래의 경우를 나타내고 우측은 본 발명의 실시예를 나타낸다. 또한 도 11b에서, case1은 입력(input)이 약 0V, 기준 전압이 약 0.15V인 경우를 나타내고, case2는 입력이 약 0.3V, 기준 전압이 약 0.15V인 경우를 나타내고, case3은 입력이 약 0.3V, 기준 전압이 약 0.45V인 경우를 나타내며, case4는 입력이 약 0.6V, 기준 전압이 약 0.45V인 경우를 나타낸다. 가장 적게 변한 case2의 경우부터 하이 레벨이 입력으로 들어가는 case4까지 지연(delay)을 확인해 본 결과 case2에서의 지연은 약 1% 감소하지만, case4에서는 약 27% 감소하는 것을 확인할 수 있고, input case별 delay variation은 중간 값을 기준으로 약 ±20%에서 ±10%로 약 50% 정도 개선된 것을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 11b, the performance of a receiver (200) according to embodiments of the present invention is illustrated. In FIG. 11b, the left side represents a conventional case and the right side represents an embodiment of the present invention. In addition, in FIG. 11b,
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 메모리 시스템을 나타내는 블록도이다.FIG. 12 is a block diagram illustrating a memory system according to embodiments of the present invention.
도 12를 참조하면, 메모리 시스템(300)은 메모리 컨트롤러(310) 및 메모리 장치(320)를 포함한다. 메모리 시스템(300)은 메모리 컨트롤러(310)와 메모리 장치(320)를 전기적으로 연결하는 복수의 신호 라인들(330)을 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 12, the memory system (300) includes a memory controller (310) and a memory device (320). The memory system (300) may further include a plurality of signal lines (330) that electrically connect the memory controller (310) and the memory device (320).
메모리 장치(320)는 메모리 컨트롤러(310)에 의해 제어된다. 예를 들어, 메모리 컨트롤러(310)는 호스트(미도시)의 요청에 기초하여 메모리 장치(320)에 데이터를 기입하거나 메모리 장치(320)로부터 데이터를 독출할 수 있다. 예를 들어, 메모리 장치(320)는 고 대역폭 메모리(High Bandwidth Memory; HBM) 장치일 수 있다.The memory device (320) is controlled by the memory controller (310). For example, the memory controller (310) may write data to the memory device (320) or read data from the memory device (320) based on a request from a host (not shown). For example, the memory device (320) may be a high bandwidth memory (HBM) device.
복수의 신호 라인들(330)은 제어 라인, 커맨드 라인, 어드레스 라인, 데이터 라인 및 전원 라인을 포함할 수 있다. 메모리 컨트롤러(310)는 상기 커맨드 라인, 상기 어드레스 라인 및 상기 제어 라인을 통해 메모리 장치(320)에 커맨드(CMD), 어드레스(ADDR) 및 제어 신호(CTRL)를 전송하고, 상기 데이터 라인을 통해 메모리 장치(320)와 데이터 신호(MLDAT)를 주고 받으며, 상기 전원 라인을 통해 메모리 장치(320)에 전원 전압(PWR)을 제공할 수 있다. 예를 들어, 제어 신호(CONT)는 칩 인에이블 신호(CE), 기입 인에이블 신호(WE), 독출 인에이블 신호(RE), 커맨드 래치 인에이블 신호(CLE), 어드레스 래치 인에이블 신호(ALE) 등을 포함할 수 있다. 예를 들어, 데이터 신호(MLDAT)는 멀티 레벨 신호이며, 본 발명의 실시예들에 따른 송신기에 의해 생성되고 본 발명의 실시예들에 따른 수신기에 의해 수신되는 듀오바이너리 방식의 데이터 신호일 수 있다.The plurality of signal lines (330) may include a control line, a command line, an address line, a data line, and a power line. The memory controller (310) may transmit a command (CMD), an address (ADDR), and a control signal (CTRL) to the memory device (320) through the command line, the address line, and the control line, may exchange a data signal (MLDAT) with the memory device (320) through the data line, and may provide a power voltage (PWR) to the memory device (320) through the power line. For example, the control signal (CONT) may include a chip enable signal (CE), a write enable signal (WE), a read enable signal (RE), a command latch enable signal (CLE), an address latch enable signal (ALE), etc. For example, the data signal (MLDAT) is a multi-level signal and may be a duobinary data signal generated by a transmitter according to embodiments of the present invention and received by a receiver according to embodiments of the present invention.
도시하지는 않았으나, 복수의 신호 라인들(330)은 데이터 스트로브 신호(즉, DQS 신호)를 전송하는 DQS 라인을 더 포함할 수 있다. 상기 DQS 신호는 메모리 컨트롤러(310)와 메모리 장치(320) 사이에 교환되는 데이터 신호(MLDAT)의 논리값을 결정하기 위한 기준 시점을 제공하기 위한 신호일 수 있다. 다만 도 12에 도시된 것처럼, 상기 DQS 신호는 생략될 수 있다.Although not illustrated, the plurality of signal lines (330) may further include a DQS line for transmitting a data strobe signal (i.e., a DQS signal). The DQS signal may be a signal for providing a reference point for determining a logic value of a data signal (MLDAT) exchanged between the memory controller (310) and the memory device (320). However, as illustrated in FIG. 12, the DQS signal may be omitted.
일 실시예에서, 복수의 신호 라인들(330)의 일부 또는 전부를 채널이라 부를 수 있다. 본 명세서에서는, 데이터 신호(MLDAT)가 전송되는 상기 데이터 라인을 채널이라 부르기로 한다. 다만 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 상기 채널은 커맨드(CMD)가 전송되는 상기 커맨드 라인 및/또는 어드레스(ADDR)가 전송되는 상기 어드레스 라인을 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 채널은 적어도 하나의 관통 실리콘 비아(Through Silicon Via; TSV)를 포함할 수 있다.In one embodiment, some or all of the plurality of signal lines (330) may be referred to as a channel. In this specification, the data line through which the data signal (MLDAT) is transmitted is referred to as a channel. However, the present invention is not limited thereto, and the channel may further include the command line through which the command (CMD) is transmitted and/or the address line through which the address (ADDR) is transmitted. For example, the channel may include at least one Through Silicon Via (TSV).
도 13은 도 12의 메모리 시스템의 예를 나타내는 블록도이다.Figure 13 is a block diagram showing an example of the memory system of Figure 12.
도 13을 참조하면, 메모리 시스템(302)은 메모리 컨트롤러(312), 메모리 장치(322) 및 채널(332)을 포함한다.Referring to FIG. 13, the memory system (302) includes a memory controller (312), a memory device (322), and a channel (332).
메모리 컨트롤러(312)는 제1 송신기(314) 및 제1 수신기(316)를 포함한다. 메모리 장치(322)는 제2 송신기(324) 및 제2 수신기(326)를 포함한다. 제1 송신기(314) 및 제1 수신기(316)와 제2 송신기(324) 및 제2 수신기(326)는 채널(332)을 통해 연결된다. 실시예에 따라서, 메모리 컨트롤러(312) 및 메모리 장치(322) 각각은 복수의 송신기들 및 복수의 수신기들을 포함하며, 이들을 연결하기 위한 복수의 채널들을 포함할 수 있다.The memory controller (312) includes a first transmitter (314) and a first receiver (316). The memory device (322) includes a second transmitter (324) and a second receiver (326). The first transmitter (314) and the first receiver (316) and the second transmitter (324) and the second receiver (326) are connected via a channel (332). According to an embodiment, each of the memory controller (312) and the memory device (322) may include a plurality of transmitters and a plurality of receivers, and may include a plurality of channels for connecting them.
송신기들(314, 324)은 메모리 장치(322)에 저장하고자 하는 기입 데이터 또는 메모리 장치(322)로부터 독출된 독출 데이터를 출력하고, 채널(332)은 상기 기입 데이터 또는 상기 독출 데이터를 전송하며, 수신기들(316, 326)은 상기 기입 데이터 또는 상기 독출 데이터를 수신한다. 예를 들어, 데이터 기입 동작 시에, 송신기(314)는 상기 기입 데이터에 대응하는 데이터 신호를 생성하여 채널(332)을 통해 출력하고, 수신기(326)는 상기 데이터 신호를 수신하고 이에 기초하여 상기 데이터 기입 동작을 수행할 수 있다. 데이터 독출 동작 시에, 송신기(324)는 상기 독출 데이터에 대응하는 데이터 신호를 생성하여 채널(332)을 통해 출력하고, 수신기(316)는 상기 데이터 신호를 수신하고 이에 기초하여 상기 데이터 독출 동작을 수행할 수 있다.Transmitters (314, 324) output write data to be stored in the memory device (322) or read data read from the memory device (322), a channel (332) transmits the write data or the read data, and receivers (316, 326) receive the write data or the read data. For example, during a data write operation, the transmitter (314) generates a data signal corresponding to the write data and outputs it through the channel (332), and the receiver (326) can receive the data signal and perform the data write operation based thereon. During a data read operation, the transmitter (324) generates a data signal corresponding to the read data and outputs it through the channel (332), and the receiver (316) can receive the data signal and perform the data read operation based thereon.
송신기들(314, 324)은 본 발명의 실시예들에 따른 송신기이며, 본 발명의 실시예들에 따라 듀오바이너리 방식의 데이터 신호를 생성할 수 있다. 수신기들(316, 326)은 본 발명의 실시예들에 따른 수신기이며, 본 발명의 실시예들에 따라 듀오바이너리 방식의 데이터 신호를 수신할 수 있다.Transmitters (314, 324) are transmitters according to embodiments of the present invention and can generate data signals in a duobinary format according to embodiments of the present invention. Receivers (316, 326) are receivers according to embodiments of the present invention and can receive data signals in a duobinary format according to embodiments of the present invention.
도 14a 및 14b는 도 12 및 13의 메모리 시스템을 포함하는 반도체 패키지를 나타내는 단면도들이다.FIGS. 14a and 14b are cross-sectional views showing a semiconductor package including the memory system of FIGS. 12 and 13.
도 14a를 참조하면, 반도체 패키지(400)는 패키지 기판(401), 제1 반도체 장치(SD1)(410), 제2 반도체 장치(SD2)(420) 및 인터포저(430)를 포함한다. 반도체 패키지(400)는 밀봉 부재(440)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 14a, a semiconductor package (400) includes a package substrate (401), a first semiconductor device (SD1) (410), a second semiconductor device (SD2) (420), and an interposer (430). The semiconductor package (400) may further include a sealing member (440).
반도체 패키지(400)는 복수 개의 다이(또는 칩)들이 적층된 적층 칩 구조를 갖는 메모리 패키지일 수 있다. 예를 들어, 반도체 패키지(400)는 2.5D 구조로 구현되며, 2.5D 칩 구조의 반도체 장치들 및 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 반도체 장치(410)는 로직 반도체 장치를 포함하고, 제2 반도체 장치(420)는 메모리 장치를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 로직 반도체 장치는 CPU(Central Processing Unit), GPU(Graphic Processing Unit), SoC(System-on-Chip) 등과 같은 호스트(Host) 또는 메모리 컨트롤러로서의 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)일 수 있다. 예를 들어, 상기 메모리 장치는 고 대역폭 메모리(High Bandwidth Memory; HBM) 장치를 포함할 수 있다.The semiconductor package (400) may be a memory package having a stacked chip structure in which a plurality of dies (or chips) are stacked. For example, the semiconductor package (400) may be implemented in a 2.5D structure and may include semiconductor devices and memory devices of the 2.5D chip structure. In this case, the first semiconductor device (410) may include a logic semiconductor device, and the second semiconductor device (420) may include a memory device. For example, the logic semiconductor device may be a host such as a CPU (Central Processing Unit), a GPU (Graphics Processing Unit), a SoC (System-on-Chip), or an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) as a memory controller. For example, the memory device may include a high bandwidth memory (HBM) device.
패키지 기판(401)은 서로 마주보는 상부면과 하부면을 갖는 기판일 수 있다. 예를 들어, 패키지 기판(401)은 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board; PCB)일 수 있다. 상기 인쇄 회로 기판은 내부에 비아와 다양한 회로들을 갖는 다층 회로 보드일 수 있다.The package substrate (401) may be a substrate having upper and lower surfaces facing each other. For example, the package substrate (401) may be a printed circuit board (PCB). The printed circuit board may be a multilayer circuit board having vias and various circuits therein.
인터포저(430)는 패키지 기판(401) 상에 배치될 수 있다. 인터포저(430)는 솔더 범프들(435)을 통해 패키지 기판(401) 상에 실장될 수 있다. 예를 들어, 솔더 범프들(135)은 C4 범프들일 수 있다. 예를 들어, 인터포저(430)의 평면적은 패키지 기판(401)의 평면적보다 작을 수 있다. 다시 말하면, 평면 상에서 인터포저(430)는 패키지 기판(401) 내에 배치될 수 있다.The interposer (430) may be placed on the package substrate (401). The interposer (430) may be mounted on the package substrate (401) via solder bumps (435). For example, the solder bumps (135) may be C4 bumps. For example, the planar area of the interposer (430) may be smaller than the planar area of the package substrate (401). In other words, the interposer (430) may be placed within the package substrate (401) on a planar surface.
인터포저(430)는 내부에 형성된 복수의 연결 배선들(431) 및 복수의 관통 전극들(433)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 인터포저(430)는 반도체 기판인 실리콘 기판을 포함하는 실리콘 인터포저일 수 있고, 복수의 관통 전극들(433)은 상기 실리콘 기판을 관통하는 관통 실리콘 비아(Through Silicon Via; TSV)들일 수 있다.The interposer (430) may include a plurality of connecting wires (431) formed therein and a plurality of through-electrodes (433). For example, the interposer (430) may be a silicon interposer including a silicon substrate, which is a semiconductor substrate, and the plurality of through-electrodes (433) may be through-silicon vias (TSVs) that penetrate the silicon substrate.
제1 반도체 장치(410) 및 제2 반도체 장치(420)는 인터포저(430) 내부의 연결 배선들(431)을 통해 및/또는 관통 전극들(433)(예를 들어, 관통 실리콘 비아들) 및 솔더 범프들(435)(예를 들어, C4 범프들)을 통해 서로 연결되고 패키지 기판(401)에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 실리콘 인터포저는 복수 개의 제1 및 제2 반도체 칩들 사이의 고밀도 인터커넥션을 제공할 수 있다.The first semiconductor device (410) and the second semiconductor device (420) may be electrically connected to each other and to the package substrate (401) via connecting wires (431) within the interposer (430) and/or via through-electrodes (433) (e.g., through-silicon vias) and solder bumps (435) (e.g., C4 bumps). The silicon interposer may provide high-density interconnections between a plurality of first and second semiconductor chips.
제1 반도체 장치(410) 및 제2 반도체 장치(420)는 인터포저(430) 상에 배치될 수 있다. 제1 반도체 장치(410) 및 제2 반도체 장치(420)는 플립 칩 본딩(flip chip bonding) 방식에 의해 인터포저(430) 상에 실장될 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체 장치(410) 및 제2 반도체 장치(420)는 칩 패드들이 형성된 활성면이 인터포저(430)를 향하도록 인터포저(430) 상에 실장될 수 있다. 제1 반도체 장치(410) 및 제2 반도체 장치(420)의 상기 칩 패드들은 도전성 범프들인 솔더 범프들(437)에 의해 인터포저(430)의 접속 패드들과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 솔더 범프들(437)은 uBump들일 수 있다.The first semiconductor device (410) and the second semiconductor device (420) may be placed on the interposer (430). The first semiconductor device (410) and the second semiconductor device (420) may be mounted on the interposer (430) by a flip chip bonding method. For example, the first semiconductor device (410) and the second semiconductor device (420) may be mounted on the interposer (430) such that the active surfaces on which the chip pads are formed face the interposer (430). The chip pads of the first semiconductor device (410) and the second semiconductor device (420) may be electrically connected to the connection pads of the interposer (430) by solder bumps (437), which are conductive bumps. For example, the solder bumps (437) may be uBumps.
하나의 제1 반도체 장치(410) 및 하나의 제2 반도체 장치(420)가 배치되도록 도시되어 있지만, 이에 제한되지 않음을 이해할 수 있다. 예를 들면, 제2 반도체 장치(420)는 버퍼 다이 및 상기 버퍼 다이 상에 순차적으로 적층된 복수 개의 메모리 다이(칩)들을 포함할 수 있다. 상기 버퍼 다이 및 상기 메모리 다이들은 관통 실리콘 비아들에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.Although one first semiconductor device (410) and one second semiconductor device (420) are illustrated as being arranged, it will be understood that the present invention is not limited thereto. For example, the second semiconductor device (420) may include a buffer die and a plurality of memory dies (chips) sequentially stacked on the buffer die. The buffer die and the memory dies may be electrically connected to each other by through-silicon vias.
제1 반도체 장치(410), 제2 반도체 장치(420) 및 인터포저(430)는 밀봉 부재(440)로 고정될 수 있다.The first semiconductor device (410), the second semiconductor device (420), and the interposer (430) can be fixed with a sealing member (440).
일 실시예에서, 상세하게 도시하지는 않았으나, 반도체 패키지(400)는 인터포저(430)와 패키지 기판(401) 사이에 언더필되는 제1 접착제, 제1 반도체 장치(410)와 인터포저(430) 사이에 언더필되는 제2 접착제, 및 제2 반도체 장치(420)와 인터포저(430) 사이에 언더필되는 제3 접착제를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 내지 제3 접착제들은 에폭시 물질을 포함하여 인터포저(430)와 패키지 기판(401) 사이 그리고 제1 및 제2 반도체 장치들(410, 420)과 인터포저(430) 사이의 틈을 보강할 수 있다.In one embodiment, although not illustrated in detail, the semiconductor package (400) may further include a first adhesive underfilled between the interposer (430) and the package substrate (401), a second adhesive underfilled between the first semiconductor device (410) and the interposer (430), and a third adhesive underfilled between the second semiconductor device (420) and the interposer (430). For example, the first to third adhesives may include an epoxy material to reinforce a gap between the interposer (430) and the package substrate (401) and between the first and second semiconductor devices (410, 420) and the interposer (430).
패키지 기판(401)의 상기 하부면 상에는 외부 접속 패드들이 형성되고, 상기 외부 접속 패드들 상에는 외부 장치와의 전기적 연결을 위하여 외부 연결 부재들(403)이 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 외부 연결 부재들(403)은 솔더 볼(예를 들어, BGA(Ball Grid Array))일 수 있다. 반도체 패키지(400)는 상기 솔더 볼들을 매개로 하여 모듈 기판(예를 들어, 보드(board) 기판)에 실장되어 메모리 모듈을 구성할 수 있다.External connection pads are formed on the lower surface of the package substrate (401), and external connection members (403) may be arranged on the external connection pads for electrical connection with an external device. For example, the external connection members (403) may be solder balls (e.g., BGA (Ball Grid Array)). The semiconductor package (400) may be mounted on a module substrate (e.g., board substrate) via the solder balls to form a memory module.
제1 반도체 장치(410)는 반도체 패키지(400)의 외부와 통신하기 위한 인터페이스(IF)(411)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스(411)는 임의의 직렬 인터페이스를 포함할 수 있다. 제1 반도체 장치(410)는 제2 반도체 장치(420)와 통신하기 위한 인터페이스(413)를 포함하고, 제2 반도체 장치(420)는 제1 반도체 장치(410)와 통신하기 위한 인터페이스(421)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 인터페이스들(413, 421)은 메모리 인터페이스를 구현하기 위한 HBM PHY부를 각각 포함할 수 있다.The first semiconductor device (410) may include an interface (IF) (411) for communicating with the outside of the semiconductor package (400). For example, the interface (411) may include any serial interface. The first semiconductor device (410) may include an interface (413) for communicating with the second semiconductor device (420), and the second semiconductor device (420) may include an interface (421) for communicating with the first semiconductor device (410). For example, the interfaces (413, 421) may each include an HBM PHY section for implementing a memory interface.
도 14a의 예에서, 인터포저(430)에 포함되는 상기 반도체 기판(예를 들어, 실리콘 기판), 복수의 연결 배선들(431) 및 복수의 관통 전극들(433)(예를 들어, 관통 실리콘 비아들)이 도 12 및 13을 참조하여 상술한 채널에 대응할 수 있다. 또한, 인터페이스들(411, 413, 421)은 본 발명의 실시예들에 따른 송신기 및 수신기를 포함할 수 있다.In the example of FIG. 14a, the semiconductor substrate (e.g., a silicon substrate), the plurality of connecting wires (431) and the plurality of through-electrodes (433) (e.g., through-silicon vias) included in the interposer (430) may correspond to the channels described above with reference to FIGS. 12 and 13. In addition, the interfaces (411, 413, 421) may include a transmitter and a receiver according to embodiments of the present invention.
도 14b를 참조하면, 반도체 패키지(500)는 패키지 기판(501), 제1 반도체 장치(510) 및 제2 반도체 장치(520)를 포함한다. 반도체 패키지(500)는 밀봉 부재(540)를 더 포함할 수 있다.Referring to FIG. 14b, a semiconductor package (500) includes a package substrate (501), a first semiconductor device (510), and a second semiconductor device (520). The semiconductor package (500) may further include a sealing member (540).
도 14a의 인터포저(430)가 생략되고 제1 및 제2 반도체 장치들(510, 520)이 수직 방향으로 적층되며 관통 전극들 및 연결 배선들이 인터포저(430)가 아닌 제1 및 제2 반도체 장치들(510, 520)에 포함되는 것을 제외하면, 도 14b의 반도체 패키지(500)는 도 14a의 반도체 패키지(400)와 유사할 수 있다.The semiconductor package (500) of FIG. 14b may be similar to the semiconductor package (400) of FIG. 14a, except that the interposer (430) of FIG. 14a is omitted, the first and second semiconductor devices (510, 520) are stacked in a vertical direction, and the through electrodes and connecting wires are included in the first and second semiconductor devices (510, 520) rather than the interposer (430).
반도체 패키지(500)는 복수 개의 다이(또는 칩)들이 적층된 적층 칩 구조를 갖는 메모리 패키지일 수 있다. 예를 들어, 반도체 패키지(500)는 3D 구조로 구현되며, 3D 칩 구조의 반도체 장치들 및 메모리 장치들을 포함할 수 있다. 이 경우, 제1 반도체 장치(510)는 로직 반도체 장치를 포함하고, 제2 반도체 장치(520)는 메모리 장치를 포함할 수 있다.The semiconductor package (500) may be a memory package having a stacked chip structure in which a plurality of dies (or chips) are stacked. For example, the semiconductor package (500) may be implemented in a 3D structure and may include semiconductor devices and memory devices of the 3D chip structure. In this case, the first semiconductor device (510) may include a logic semiconductor device, and the second semiconductor device (520) may include a memory device.
패키지 기판(501), 외부 연결 부재들(503) 및 밀봉 부재(540)는 도 14a의 패키지 기판(401), 외부 연결 부재들(403) 및 밀봉 부재(440)와 각각 실질적으로 동일할 수 있다.The package substrate (501), external connecting members (503), and sealing member (540) may be substantially identical to the package substrate (401), external connecting members (403), and sealing member (440) of FIG. 14a, respectively.
제1 반도체 장치(510)는 패키지 기판(501) 상에 배치될 수 있다. 제1 반도체 장치(510)는 플립 칩 본딩 방식에 의해 패키지 기판(501) 상에 실장될 수 있다. 예를 들어, 제1 반도체 장치(510)는 칩 패드들이 형성된 활성면이 패키지 기판(501)을 향하도록 패키지 기판(501) 상에 실장될 수 있다. 제1 반도체 장치(510)의 상기 칩 패드들은 도전성 범프들인 솔더 범프들(537)(예를 들어, uBump들)에 의해 패키지 기판(501)의 접속 패드들과 전기적으로 연결될 수 있다.The first semiconductor device (510) may be placed on a package substrate (501). The first semiconductor device (510) may be mounted on the package substrate (501) by a flip chip bonding method. For example, the first semiconductor device (510) may be mounted on the package substrate (501) such that an active surface on which chip pads are formed faces the package substrate (501). The chip pads of the first semiconductor device (510) may be electrically connected to the connection pads of the package substrate (501) by solder bumps (537) (e.g., uBumps) which are conductive bumps.
제1 반도체 장치(510)는 반도체 기판(512) 및 배선층(514)을 포함할 수 있다. 반도체 기판(512)은 트랜지스터 등과 같은 회로 구조(미도시)를 포함할 수 있고, 내부에 관통 형성된 복수의 관통 전극들(533)(예를 들어, 관통 실리콘 비아들)을 포함할 수 있다. 상세하게 도시하지는 않았으나, 배선층(514)은 복수의 연결 배선들(531) 및 복수의 비아들을 포함할 수 있다.The first semiconductor device (510) may include a semiconductor substrate (512) and a wiring layer (514). The semiconductor substrate (512) may include a circuit structure (not shown) such as a transistor, and may include a plurality of through-hole electrodes (533) (e.g., through-hole silicon vias) formed therein. Although not illustrated in detail, the wiring layer (514) may include a plurality of connecting wires (531) and a plurality of vias.
제2 반도체 장치(520)는 제1 반도체 장치(510) 상에 배치될 수 있다. 제2 반도체 장치(520)는 플립 칩 본딩 방식에 의해 제1 반도체 장치(510) 상에 실장될 수 있다. 예를 들어, 제2 반도체 장치(520)는 칩 패드들이 형성된 활성면이 제1 반도체 장치(510)를 향하도록 제1 반도체 장치(510) 상에 실장될 수 있다. 제2 반도체 장치(520)의 상기 칩 패드들은 도전성 범프들인 솔더 범프들(535)(예를 들어, C4 범프들)에 의해 제1 반도체 장치(510)의 관통 전극들(533)(예를 들어, 관통 실리콘 비아들)과 전기적으로 연결될 수 있다.The second semiconductor device (520) may be placed on the first semiconductor device (510). The second semiconductor device (520) may be mounted on the first semiconductor device (510) by a flip chip bonding method. For example, the second semiconductor device (520) may be mounted on the first semiconductor device (510) such that the active surface on which the chip pads are formed faces the first semiconductor device (510). The chip pads of the second semiconductor device (520) may be electrically connected to the through electrodes (533) (e.g., through silicon vias) of the first semiconductor device (510) by solder bumps (535) (e.g., C4 bumps) which are conductive bumps.
제2 반도체 장치(520)는 반도체 기판(522) 및 배선층(524)을 포함할 수 있다. 반도체 기판(522)은 트랜지스터 등과 같은 회로 구조(미도시)를 포함할 수 있다. 상세하게 도시하지는 않았으나, 배선층(524)은 복수의 연결 배선들(532) 및 복수의 비아들을 포함할 수 있다.The second semiconductor device (520) may include a semiconductor substrate (522) and a wiring layer (524). The semiconductor substrate (522) may include a circuit structure (not shown) such as a transistor. Although not shown in detail, the wiring layer (524) may include a plurality of connecting wires (532) and a plurality of vias.
하나의 제1 반도체 장치(510) 및 하나의 제2 반도체 장치(520)가 배치되도록 도시되어 있지만, 이에 제한되지 않음을 이해할 수 있다. 예를 들면, 제2 반도체 장치(520) 상에 적어도 하나의 다른 제2 반도체 장치가 적층될 수 있다. 이 경우, 제1 반도체 장치(510)와 유사하게, 제2 반도체 장치(520)의 반도체 기판(522)은 관통 전극들을 포함할 수 있다.Although one first semiconductor device (510) and one second semiconductor device (520) are illustrated as being arranged, it will be understood that this is not limiting. For example, at least one other second semiconductor device may be stacked on the second semiconductor device (520). In this case, similar to the first semiconductor device (510), the semiconductor substrate (522) of the second semiconductor device (520) may include through-hole electrodes.
도 14b의 예에서, 관통 전극들(533), 솔더 범프들(535) 및 배선층들(514, 524) 내의 연결 배선들(531, 532)이 도 12 및 13을 참조하여 상술한 채널에 대응할 수 있다.In the example of FIG. 14b, the through-hole electrodes (533), solder bumps (535) and connecting wires (531, 532) within the wiring layers (514, 524) may correspond to the channels described above with reference to FIGS. 12 and 13.
본 발명의 실시예들은 송신기 및 수신기를 포함하는 메모리 시스템 및 다양한 통신 장치 및 시스템과 이를 포함하는 임의의 전자 장치 및 시스템에 유용하게 이용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시예들은 PC(Personal Computer), 노트북(laptop), 핸드폰(cellular), 스마트 폰(smart phone), MP3 플레이어, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 디지털 TV, 디지털 카메라, 포터블 게임 콘솔(portable game console), 네비게이션(navigation) 기기, 웨어러블(wearable) 기기, IoT(Internet of Things) 기기, IoE(Internet of Everything) 기기, e-북(e-book), VR(Virtual Reality) 기기, AR(Augmented Reality) 기기, 드론(drone) 등과 같은 전자 시스템에 더욱 유용하게 적용될 수 있다.Embodiments of the present invention can be usefully applied to a memory system including a transmitter and a receiver, and various communication devices and systems, and any electronic device and system including the same. For example, embodiments of the present invention can be more usefully applied to electronic systems such as a PC (Personal Computer), a laptop, a cellular phone, a smart phone, an MP3 player, a PDA (Personal Digital Assistant), a PMP (Portable Multimedia Player), a digital TV, a digital camera, a portable game console, a navigation device, a wearable device, an IoT (Internet of Things) device, an IoE (Internet of Everything) device, an e-book, a VR (Virtual Reality) device, an AR (Augmented Reality) device, a drone, and the like.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 것이다.Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and changes may be made to the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the claims below.
Claims (10)
상기 복수의 타임 인터리브 데이터 신호들에 기초하여 적어도 하나의 풀다운 제어 신호 및 펄스 신호가 제1 레벨을 가지는 일정 시간 동안에 부스트된 전압 레벨을 가지는 복수의 풀업 제어 신호들을 생성하는 제어 로직; 및
상기 적어도 하나의 풀다운 제어 신호 및 상기 복수의 풀업 제어 신호들에 기초하여, 서로 다른 3개의 전압 레벨들을 가지는 듀오바이너리(duobinary) 방식의 출력 데이터 신호를 생성하는 전압 모드 드라이버(voltage mode driver)를 포함하는 송신기.A multiplexer that generates a plurality of time-interleaved data signals based on a plurality of binary input data signals input in parallel and having two different voltage levels and multi-phase clock signals;
A control logic for generating a plurality of pull-up control signals having a boosted voltage level for a predetermined time period during which at least one pull-down control signal and a pulse signal have a first level based on the plurality of time-interleaved data signals; and
A transmitter including a voltage mode driver that generates a duobinary type output data signal having three different voltage levels based on at least one pull-down control signal and the plurality of pull-up control signals.
상기 복수의 입력 데이터 신호들은 제1 입력 데이터 신호, 제2 입력 데이터 신호, 제3 입력 데이터 신호 및 제4 입력 데이터 신호를 포함하고,
상기 다위상 클럭 신호들은 위상이 일부 중첩하는 제1 클럭 신호, 제2 클럭 신호, 제3 클럭 신호 및 제4 클럭 신호를 포함하며,
상기 복수의 타임 인터리브 데이터 신호들은 제1 타임 인터리브 데이터 신호 및 제2 타임 인터리브 데이터 신호를 포함하고,
상기 적어도 하나의 풀다운 제어 신호는 제1 풀다운 제어 신호를 포함하고,
상기 복수의 풀업 제어 신호들은 제1 풀업 제어 신호 및 제2 풀업 제어 신호를 포함하며,
상기 3개의 전압 레벨들은 제1 전압 레벨, 상기 제1 전압 레벨보다 높은 제2 전압 레벨 및 상기 제2 전압 레벨보다 높은 제3 전압 레벨을 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.In paragraph 1,
The above plurality of input data signals include a first input data signal, a second input data signal, a third input data signal, and a fourth input data signal,
The above multi-phase clock signals include a first clock signal, a second clock signal, a third clock signal, and a fourth clock signal whose phases partially overlap,
The above plurality of time interleaved data signals include a first time interleaved data signal and a second time interleaved data signal,
wherein said at least one pull-down control signal comprises a first pull-down control signal,
The above plurality of pull-up control signals include a first pull-up control signal and a second pull-up control signal,
A transmitter characterized in that the three voltage levels include a first voltage level, a second voltage level higher than the first voltage level, and a third voltage level higher than the second voltage level.
상기 제1 입력 데이터 신호를 수신하는 제1 입력 노드 및 상기 제1 타임 인터리브 데이터 신호를 제공하는 제1 출력 노드 사이에 연결되고, 상기 제1 클럭 신호가 인가되는 게이트 전극을 가지는 제1 트랜지스터;
상기 제2 입력 데이터 신호를 수신하는 제2 입력 노드 및 상기 제2 타임 인터리브 데이터 신호를 제공하는 제2 출력 노드 사이에 연결되고, 상기 제2 클럭 신호가 인가되는 게이트 전극을 가지는 제2 트랜지스터;
상기 제3 입력 데이터 신호를 수신하는 제3 입력 노드 및 상기 제1 출력 노드 사이에 연결되고, 상기 제3 클럭 신호가 인가되는 게이트 전극을 가지는 제3 트랜지스터; 및
상기 제4 입력 데이터 신호를 수신하는 제4 입력 노드 및 상기 제2 출력 노드 사이에 연결되고, 상기 제4 클럭 신호가 인가되는 게이트 전극을 가지는 제4 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.In the second paragraph, the multiplexer,
A first transistor connected between a first input node receiving the first input data signal and a first output node providing the first time interleaved data signal, the first transistor having a gate electrode to which the first clock signal is applied;
A second transistor connected between a second input node receiving the second input data signal and a second output node providing the second time interleaved data signal, the second transistor having a gate electrode to which the second clock signal is applied;
A third transistor connected between a third input node receiving the third input data signal and the first output node, the third transistor having a gate electrode to which the third clock signal is applied; and
A transmitter characterized by comprising a fourth transistor connected between a fourth input node receiving the fourth input data signal and the second output node, the fourth transistor having a gate electrode to which the fourth clock signal is applied.
상기 제1 및 제2 타임 인터리브 데이터 신호들에 대한 NAND 연산을 수행하는 제1 NAND 게이트;
상기 제1 및 제2 타임 인터리브 데이터 신호들에 대한 NOR 연산을 수행하여 상기 제1 풀다운 제어 신호를 생성하는 NOR 게이트;
상기 NOR 게이트의 출력을 반전하는 인버터;
상기 제1 NAND 게이트의 출력 및 상기 인버터의 출력에 대한 NAND 연산을 수행하는 제2 NAND 게이트;
상기 제1 NAND 게이트의 출력에 기초하여 상기 제1 풀업 제어 신호를 생성하는 제1 부스팅 회로; 및
상기 제2 NAND 게이트의 출력에 기초하여 상기 제2 풀업 제어 신호를 생성하는 제2 부스팅 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.In the second paragraph, the control logic,
A first NAND gate performing a NAND operation on the first and second time interleaved data signals;
A NOR gate that performs a NOR operation on the first and second time interleaved data signals to generate the first pull-down control signal;
An inverter that inverts the output of the above NOR gate;
A second NAND gate performing a NAND operation on the output of the first NAND gate and the output of the inverter;
A first boosting circuit for generating the first pull-up control signal based on the output of the first NAND gate; and
A transmitter characterized by including a second boosting circuit for generating the second pull-up control signal based on the output of the second NAND gate.
상기 제1 NAND 게이트의 출력을 수신하는 입력 노드와 연결되고, 상기 제1 NAND 게이트의 출력에 기초하여 상기 펄스 신호를 생성하는 펄스 생성기;
제1 전원 전압과 제1 노드 사이에 연결되고, 상기 펄스 신호가 인가되는 게이트 전극을 가지는 제1 트랜지스터;
상기 제1 트랜지스터의 게이트 전극과 상기 제1 노드 사이에 연결되는 커패시터;
상기 제1 노드와 상기 제1 풀업 제어 신호를 제공하는 출력 노드 사이에 연결되고, 상기 입력 노드와 연결되는 게이트 전극을 가지는 제2 트랜지스터; 및
상기 출력 노드와 접지 전압 사이에 연결되고, 상기 입력 노드와 연결되는 게이트 전극을 가지는 제3 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.In the fourth paragraph, the first boosting circuit,
A pulse generator connected to an input node receiving an output of the first NAND gate and generating the pulse signal based on the output of the first NAND gate;
A first transistor connected between a first power supply voltage and a first node and having a gate electrode to which the pulse signal is applied;
A capacitor connected between the gate electrode of the first transistor and the first node;
A second transistor connected between the first node and an output node providing the first pull-up control signal and having a gate electrode connected to the input node; and
A transmitter characterized by comprising a third transistor connected between the output node and the ground voltage and having a gate electrode connected to the input node.
상기 출력 데이터 신호를 제공하는 출력 노드와 상기 제1 전압 레벨을 가지는 접지 전압 사이에 연결되고, 상기 제1 풀다운 제어 신호를 수신하는 게이트 전극을 가지는 제1 트랜지스터;
상기 제3 전압 레벨을 가지는 제1 전원 전압과 상기 출력 노드 사이에 연결되고, 상기 제2 풀업 제어 신호를 수신하는 게이트 전극을 가지는 제2 트랜지스터; 및
상기 제2 전압 레벨을 가지는 제2 전원 전압과 상기 출력 노드 사이에 연결되고, 상기 제1 풀업 제어 신호를 수신하는 게이트 전극을 가지는 제3 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 송신기.In the second paragraph, the voltage mode driver,
A first transistor connected between an output node providing the output data signal and a ground voltage having the first voltage level, and having a gate electrode receiving the first pull-down control signal;
A second transistor connected between the first power supply voltage having the third voltage level and the output node and having a gate electrode receiving the second pull-up control signal; and
A transmitter characterized by comprising a third transistor connected between a second power supply voltage having the second voltage level and the output node and having a gate electrode receiving the first pull-up control signal.
상기 입력 데이터 신호를 수신하고, 상기 입력 데이터 신호, 상기 제1 클럭 신호와 다른 제2 클럭 신호, 상기 제1 기준 전압 및 제2 선택 신호에 기초하여 상기 바이너리 방식의 제2 출력 데이터 신호를 생성하는 제2 플립플롭을 포함하고,
상기 제2 출력 데이터 신호가 상기 제1 선택 신호로서 제공되고, 상기 제1 출력 데이터 신호가 상기 제2 선택 신호로서 제공되며,
상기 제1 플립플롭은 상기 제1 기준 전압 및 상기 제1 선택 신호에 기초하여 상기 제1 기준 전압과 다른 제2 기준 전압을 형성하는 수신기.A first flip-flop which receives a duobinary input data signal having three different voltage levels and generates a binary first output data signal having two different voltage levels based on the input data signal, a first clock signal, a first reference voltage, and a first selection signal; and
A second flip-flop is included which receives the input data signal and generates the second output data signal in binary format based on the input data signal, a second clock signal different from the first clock signal, the first reference voltage, and a second selection signal.
The second output data signal is provided as the first selection signal, and the first output data signal is provided as the second selection signal.
A receiver in which the first flip-flop forms a second reference voltage different from the first reference voltage based on the first reference voltage and the first selection signal.
전원 전압, 상기 입력 데이터 신호, 상기 제1 클럭 신호, 상기 제1 기준 전압 및 상기 제1 선택 신호에 기초하여 제1 데이터 신호 및 제2 데이터 신호를 생성하고, 상기 제2 기준 전압을 형성하기 위한 제1 구조 및 상기 제1 및 제2 데이터 신호들을 부스트하기 위한 제2 구조를 포함하는 제1 회로부;
상기 전원 전압, 상기 제1 및 제2 데이터 신호들 및 상기 제1 클럭 신호에 기초하여 제3 데이터 신호 및 제4 데이터 신호를 생성하는 제2 회로부; 및
상기 제3 및 제4 데이터 신호들에 기초하여 상기 제1 출력 데이터 신호를 생성하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기.In the seventh paragraph, the first flip-flop,
A first circuit unit including a first structure for generating a first data signal and a second data signal based on a power supply voltage, the input data signal, the first clock signal, the first reference voltage, and the first selection signal, and a second structure for forming the second reference voltage and boosting the first and second data signals;
A second circuit unit generating a third data signal and a fourth data signal based on the power supply voltage, the first and second data signals, and the first clock signal; and
A receiver characterized by including an output unit that generates the first output data signal based on the third and fourth data signals.
제1 노드와 상기 제1 데이터 신호를 제공하는 제1 데이터 노드 사이에 병렬 연결되고, 각각 상기 전원 전압, 상기 입력 데이터 신호 및 상기 제2 데이터 신호를 제공하는 제2 데이터 노드와 연결되는 게이트 전극을 가지는 제1, 제2 및 제3 트랜지스터들;
상기 제1 노드와 상기 제2 데이터 노드 사이에 병렬 연결되고, 각각 상기 제1 데이터 노드, 상기 제1 기준 전압 및 상기 제1 선택 신호와 연결되는 게이트 전극을 가지는 제4, 제5 및 제6 트랜지스터들;
상기 전원 전압과 상기 제1 노드 사이에 연결되고, 상기 제1 클럭 신호를 수신하는 게이트 전극을 가지는 제7 트랜지스터;
상기 제1 데이터 노드와 접지 전압 사이에 연결되고, 상기 제1 클럭 신호를 수신하는 게이트 전극을 가지는 제8 트랜지스터; 및
상기 제2 데이터 노드와 상기 접지 전압 사이에 연결되고, 상기 제1 클럭 신호를 수신하는 게이트 전극을 가지는 제9 트랜지스터를 포함하는 것을 특징으로 하는 수신기.In the 8th paragraph, the first circuit part,
First, second and third transistors connected in parallel between a first node and a first data node providing the first data signal, and each having a gate electrode connected to a second data node providing the power supply voltage, the input data signal and the second data signal;
Fourth, fifth and sixth transistors connected in parallel between the first node and the second data node, each having a gate electrode connected to the first data node, the first reference voltage and the first selection signal;
A seventh transistor connected between the power supply voltage and the first node and having a gate electrode receiving the first clock signal;
An eighth transistor connected between the first data node and the ground voltage and having a gate electrode receiving the first clock signal; and
A receiver characterized by comprising a ninth transistor connected between the second data node and the ground voltage and having a gate electrode receiving the first clock signal.
상기 기입 데이터 또는 상기 독출 데이터를 전송하는 채널; 및
상기 기입 데이터 또는 상기 독출 데이터를 수신하는 수신기를 포함하고,
상기 송신기는,
병렬로 입력되고 서로 다른 2개의 전압 레벨들을 가지는 바이너리(binary) 방식의 복수의 입력 데이터 신호들 및 다위상 클럭 신호들에 기초하여 복수의 타임 인터리브(time-interleaved) 데이터 신호들을 생성하는 멀티플렉서;
상기 복수의 타임 인터리브 데이터 신호들에 기초하여 적어도 하나의 풀다운 제어 신호 및 펄스 신호가 제1 레벨을 가지는 일정 시간 동안에 부스트된 전압 레벨을 가지는 복수의 풀업 제어 신호들을 생성하는 제어 로직; 및
상기 적어도 하나의 풀다운 제어 신호 및 상기 복수의 풀업 제어 신호들에 기초하여, 서로 다른 3개의 전압 레벨들을 가지는 듀오바이너리(duobinary) 방식의 출력 데이터 신호를 생성하는 전압 모드 드라이버(voltage mode driver)를 포함하며,
상기 수신기는,
상기 출력 데이터 신호를 수신하고, 상기 출력 데이터 신호, 제1 클럭 신호, 제1 기준 전압 및 제1 선택 신호에 기초하여 상기 바이너리 방식의 제1 데이터 신호를 생성하는 제1 플립플롭; 및
상기 출력 데이터 신호를 수신하고, 상기 출력 데이터 신호, 상기 제1 클럭 신호와 다른 제2 클럭 신호, 상기 제1 기준 전압 및 제2 선택 신호에 기초하여 상기 바이너리 방식의 제2 데이터 신호를 생성하는 제2 플립플롭을 포함하고,
상기 제2 데이터 신호가 상기 제1 선택 신호로서 제공되고, 상기 제1 데이터 신호가 상기 제2 선택 신호로서 제공되며,
상기 제1 플립플롭은 상기 제1 기준 전압 및 상기 제1 선택 신호에 기초하여 상기 제1 기준 전압과 다른 제2 기준 전압을 형성하고,
상기 복수의 입력 데이터 신호들, 상기 출력 데이터 신호 및 상기 제1 및 제2 데이터 신호들은 상기 기입 데이터 또는 상기 독출 데이터에 대응하는 메모리 시스템.
A transmitter for outputting write data to be stored in a memory device or read data read from the memory device;
a channel for transmitting the above-mentioned write data or the above-mentioned read data; and
Including a receiver that receives the above write data or the above read data,
The above transmitter,
A multiplexer that generates a plurality of time-interleaved data signals based on a plurality of binary input data signals input in parallel and having two different voltage levels and multi-phase clock signals;
A control logic for generating a plurality of pull-up control signals having a boosted voltage level for a predetermined time period during which at least one pull-down control signal and a pulse signal have a first level based on the plurality of time-interleaved data signals; and
A voltage mode driver is included that generates a duobinary type output data signal having three different voltage levels based on at least one pull-down control signal and the plurality of pull-up control signals.
The above receiver,
A first flip-flop that receives the output data signal and generates the first data signal in binary format based on the output data signal, the first clock signal, the first reference voltage, and the first selection signal; and
A second flip-flop is included which receives the output data signal and generates the second data signal in binary format based on the output data signal, a second clock signal different from the first clock signal, the first reference voltage, and a second selection signal.
The second data signal is provided as the first selection signal, and the first data signal is provided as the second selection signal.
The first flip-flop forms a second reference voltage different from the first reference voltage based on the first reference voltage and the first selection signal,
A memory system wherein the plurality of input data signals, the output data signal, and the first and second data signals correspond to the write data or the read data.
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